نورپردازی LED

چراغ‌های ال‌ای‌دی، به عنوان نسل جدیدی از منابع نور سبز، به دلیل مزایایی چون راندمان نوری بالا، مصرف انرژی پایین و ... کاربرد گسترده‌ای در روشنایی جاده‌ها، روشنایی تجاری، روشنایی صنعتی و روشنایی خودروها به دلیل مزایای آن از جمله راندمان نوری بالا، مصرف انرژی پایین و عمر طولانی. با این حال، تراشه‌های LED در اصل دستگاه‌های نوری نیمه‌هادی هستند و استفاده آنها از انرژی الکتریکی صددرصد نیست. تقریباً ۶۰ تا ۷۰ درصد از انرژی ورودی به حرارت تبدیل می‌شود. اگر این حرارت به‌موقع و به‌طور کارآمد دفع نشود، منجر به افزایش دمای اتصال (Junction Temperature) شده و در نتیجه باعث کاهش راندمان نوری، تسریع فرسودگی نور، تغییر دمای رنگ و حتی خرابی کامل منبع نور می‌شود. این مسائل به‌شدت بر عمر دستگاه نوری و تجربه کاربر تأثیر می‌گذارند. در نتیجه، سیستم مدیریت حرارتی عنصری حیاتی در طراحی دستگاه‌های نوری LED محسوب می‌شود که مستقیماً عملکرد و قابلیت اطمینان محصول را تعیین می‌کند.

چالش‌های کلیدی در مدیریت حرارتی نورپردازی ال ای دی شامل این موارد هستند: اندازه کوچک و چگالی توان حرارتی بالای تراشه‌های ال ای دی که گرما را با پاسخ‌های گذرا سریع متمرکز می‌کنند و نیازمند دفع سریع گرما هستند؛ ابعاد محدود فانوس‌های نورپردازی—به‌ویژه در کاربردهای روشنایی داخلی و خودرو—که فضای در دسترس برای هیت سینک را محدود می‌کنند؛ همچنین فانوس‌های نورپردازی بیرونی باید به‌طور همزمان الزامات ضد آب، ضد گرد و غبار، مقاوم در برابر خوردگی و محافظت در برابر پرتوهای فرابنفش را برآورده کنند که این امر طراحی را پیچیده‌تر می‌سازد. به عنوان مثال، در روشنایی جاده‌ها: فانوس‌ها باید مدت طولانی بدون وقفه در دمایی بین ۴۰- درجه سانتی‌گراد تا ۵۰+ درجه سانتی‌گراد کار کنند و بنابراین به هیت سینک‌هایی نیاز دارند که هم رسانایی حرارتی بالا داشته باشند و هم مقاومت استثنایی در برابر شرایط جوی.

راهکارهای مختلف مدیریت حرارتی می‌توانند برای دستگاه‌های روشنایی در محدوده‌های توان مختلف انتخاب شوند. لامپ‌های LED کم‌توان ممکن است از یک بستر آلومینیومی ساده با پرهای فین خورشیدی استفاده کنند که از نظر هزینه مقرون‌به‌صرفه است؛ داونلایت‌های متوسط تا پرتوان، چراغ‌های صنعتی/معادن و فلودلایت‌ها عمدتاً از فین خورشیدی‌های اکستروود یا سردشکسته استفاده می‌کنند تا سطح بیشتری داشته باشند و مقاومت حرارتی کمتری ایجاد کنند. برای چراغ‌های خیابانی پرتوان یا روشنایی صحنه، اغلب از تکنولوژی لوله‌های حرارتی یا صفحات پخش‌کننده حرارت استفاده می‌شود تا گرما به سرعت به آرایه فین منتقل شده و از طریق همرفت طبیعی یا خنک‌کننده هوای اجباری دفع شود. فین خورشیدی‌های ماشین‌کاری‌شده (Skived Fin) با چگالی بالای پره و کارایی حرارتی برتر، برای موقعیت‌هایی با عملکرد حرارتی سنگین مناسب هستند. فین خورشیدی‌های ریخته‌گری تحت فشار (Die-cast)، که به صورت یک قطعه با بدنه چراغ یکپارچه می‌شوند، تعادلی بین زیبایی شناسی و یکپارچگی ساختاری ایجاد می‌کنند و به همین دلیل انتخاب رایجی برای روشنایی بیرونی هستند.

پرداخت سطحی نیز به همان اندازه حیاتی است. آندایز z انواع پرداخت مانند جوشکاری، ماله‌کشی، یا پودرپاشی نه تنها ظاهر بصری را بهبود می‌بخشد، بلکه مقاومت در برابر خوردگی را به‌طور قابل توجهی افزایش داده و عمر مفید در فضای باز را افزایش می‌دهد. برای محیط‌های بسیار خورنده مانند مناطق ساحلی یا کارخانجات شیمیایی، فرآیندهای آندایز سخت یا پوشش فلوئورکربن توصیه می‌شود. z در نظر گرفتن ملاحظات طراحی نیز باید مسیرهای همرفت را بدون مانع نگه دارد، z مقاومت هوا را به حداقل برساند و تجمع گرد و غبار را که عملکرد حرارتی را کاهش می‌دهد، جلوگیری کند.