1. บทนำ:
ในโรงงาน&การใช้พลังงาน #39; s การใช้พลังงานแสงมีน้ำหนักที่แน่นอน ตัวอย่างเช่น ในอาคารโรงงานขนาด 40,000 ตารางเมตร โหลดกำลังไฟฟ้าแสงสว่างประมาณ 400KW ดังนั้นวิธีการประหยัดพลังงานและรักษาสิ่งแวดล้อมในการเลือกแสงในโรงงานจึงเป็นหัวข้อสำคัญสำหรับนักออกแบบโรงงาน นอกจากการประหยัดพลังงานและรักษาสิ่งแวดล้อมแล้ว โคมไฟจากแหล่งกำเนิดแสง LED ใหม่ยังมีข้อดีของอายุการใช้งานยาวนาน เวลาตอบสนองที่รวดเร็ว และสีของแสงที่บริสุทธิ์ ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา เป็นที่ชื่นชอบของผู้บริโภคอย่างกว้างขวาง
2. เทคโนโลยีหลักของการออกแบบไฟ LED
เทคโนโลยีใหม่ วัสดุใหม่ และกระบวนการใหม่ได้ถูกนำมาใช้อย่างต่อเนื่องกับการออกแบบแหล่งกำเนิดแสง LED กำลังสูง ซึ่งเป็นการวางรากฐานที่มั่นคงสำหรับการออกแบบหลอดไฟ LED กำลังสูง เนื่องจากการใช้งานแหล่งกำเนิดแสง LED เดียวกันนั้นแตกต่างกันมาก การออกแบบ การทดสอบ และมาตรฐานอื่นๆ การแนะนำหลอดไฟ LED มีความล่าช้าบางประการ ซึ่งทำให้ผลิตภัณฑ์ที่ผลิตขึ้นโดยผู้ผลิตหลายรายในด้านโครงสร้างและประสิทธิภาพไม่สามารถทดแทนกันได้ ในเวลาเดียวกัน ผลิตภัณฑ์ไฟ LED เองก็เป็นการผสมผสานระหว่างปัจจัยทางกล ทางแสง และทางไฟฟ้า และการออกแบบก็มีส่วนเกี่ยวข้องมากขึ้นไปอีก เทคโนโลยีในด้านต่างๆ
3, การออกแบบไฟไฮเบย์ LED
3.1 การเลือกพลังงาน
โคมไฟไฮเบย์แบบดั้งเดิมส่วนใหญ่เป็นหลอดโซเดียมความดันสูง 250W หรือ 400W และหลอดเมทัลฮาไลด์ เมื่อเทียบกับลักษณะของหลอดไฟ LED ใหม่ มีความแตกต่างที่ชัดเจน ดูตารางต่อไปนี้:
เมื่อพิจารณาถึงปัญหาของหลอดโซเดียมความดันสูงและการสลายตัวของหลอดเมทัลฮาไลด์และการปล่อยแสงทุติยภูมิในการใช้งานจริง ประสิทธิภาพการส่องสว่างที่แท้จริงจะต่ำกว่า 80lm/W ซึ่งมักจะไม่ถึง 70% เล็กน้อย จากสิ่งนี้ พลังของไฟไฮเบย์ LED ที่เราพัฒนาขึ้นเป็นครั้งแรกจึงถูกตั้งค่าไว้ที่ 120W เมื่อเอฟเฟกต์แสงตรงตามความคาดหวัง จะประหยัดพลังงานได้มากกว่า 50% เมื่อเทียบกับหลอดไฟแบบเดิม
3.2 การเลือกแหล่งกำเนิดแสง
ปัจจุบันแบรนด์แหล่งกำเนิดแสง LED กำลังสูงที่เป็นที่รู้จักมากขึ้นในตลาด ได้แก่ CREE, OSRAM, NICHIA, Lumileds (LED ที่เก่าที่สุด) นอกเหนือจากผู้ผลิตไต้หวัน Epistar, Addison และผู้ผลิตบรรจุภัณฑ์ในประเทศ Shenzhen Wanrun Zhuhai Ruifeng, Jiangxi Lianchuang เป็นต้น เป็นแบรนด์ยอดนิยมเช่นกัน
เพื่อให้มั่นใจถึงความเสถียรของผลิตภัณฑ์ เราใช้แหล่งกำเนิดแสง CREE ที่เป็นที่รู้จักมากที่สุดสำหรับโคมไฟอุตสาหกรรมและการขุดนี้
3.3 การออกแบบการกระจายความร้อน:
ใน LED กำลังสูง การกระจายความร้อนเป็นปัญหาใหญ่ ตัวอย่างเช่น หาก LED แสงสีขาว 10W มีประสิทธิภาพการแปลงตาแมว 20% พลังงานไฟฟ้า 8W จะถูกแปลงเป็นความร้อน หากไม่มีมาตรการกระจายความร้อน อุณหภูมิแกนของ LED กำลังสูงจะเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว เมื่ออุณหภูมิจุดเชื่อมต่อ (TJ) เมื่ออุณหภูมิสูงขึ้นเหนืออุณหภูมิสูงสุดที่อนุญาต (โดยปกติคือ 150°C) ไฟ LED กำลังสูงจะ ได้รับความเสียหายเนื่องจากความร้อนสูงเกินไป ดังนั้นการออกแบบการกระจายความร้อนจึงเป็นเนื้อหาที่สำคัญที่สุดของเรา ต่อไปนี้ เราจะพูดถึงการออกแบบการกระจายความร้อนจากการรวมกันของพื้นผิวอะลูมิเนียมและแผ่นระบายความร้อน
3.3.1 การเลือกบอร์ด
ในการใช้งานผลิตภัณฑ์ LED มักจะจำเป็นต้องประกอบแหล่งกำเนิดแสง LED หลายแหล่งบนสารตั้งต้นของวงจร นอกจากสารตั้งต้นของวงจรที่มีบทบาทในการรองรับโครงสร้างโมดูล LED ในทางกลับกัน เนื่องจากกำลังขับของ LED จะสูงขึ้นและสูงขึ้น พื้นผิวจะต้องมีบทบาทในการระบายความร้อนเพื่อถ่ายเทความร้อนที่เกิดจาก คริสตัลแอลอีดี ดังนั้นการเลือกวัสดุจึงต้องคำนึงถึงข้อกำหนดด้านความแข็งแรงของโครงสร้างและการกระจายความร้อนด้วย สำหรับซับสเตรต เราเปรียบเทียบ FR4 ซับสเตรตเซรามิก และ MCPCB ตามลำดับ
(1) ค่าการนำความร้อนของ FR4 อยู่ที่ประมาณ 0.36W/m•K ซึ่งไม่เป็นไปตามข้อกำหนดการกระจายความร้อนของไฟ LED กำลังสูง
(2) ค่าการนำความร้อนแบบเซรามิกมีค่ามากกว่า 80W/m•K ซึ่งมีราคาแพงและมีความสามารถในการผลิตต่ำ และไม่สามารถใช้ในพื้นที่ขนาดใหญ่ได้
(3) ค่าการนำความร้อนของ MCPCB มีค่ามากกว่า 2.0W/m•K ราคาปานกลาง ความสามารถในการแปรรูปสูง เทคโนโลยีที่ครบถ้วน และการผลิตจำนวนมาก
3.3.2 การออกแบบหม้อน้ำ
บทบาทของหม้อน้ำคือการดูดซับความร้อนที่ถ่ายเทจากพื้นผิวหรือเศษ จากนั้นกระจายไปยังสภาพแวดล้อมภายนอกเพื่อให้แน่ใจว่าอุณหภูมิของชิป LED เป็นปกติ หม้อน้ำส่วนใหญ่ได้รับการออกแบบมาอย่างพิถีพิถันเพื่อให้เหมาะสมกับการพาความร้อนตามธรรมชาติและการพาความร้อนแบบบังคับ คือหม้อน้ำแบบแอคทีฟและหม้อน้ำแบบพาสซีฟ ลักษณะการทำงานที่เกี่ยวข้องจะแสดงในตารางต่อไปนี้:
เมื่อพิจารณาถึงต้นทุนและความเสถียร เราเลือกการระบายความร้อนแบบพาสซีฟ หม้อน้ำแบบพาสซีฟแบ่งออกเป็นหม้อน้ำ Al Extrusion และหม้อน้ำ Al Die-Casting ตามวัสดุ ลักษณะที่เกี่ยวข้องมีดังนี้:
เกี่ยวกับการใช้ Heatpipe&Fin&Vapor-Champer บน Heat sink หลังจากการทดสอบ อุณหภูมิของตัวปล่อยจะไม่ลดลงมากนัก ตามข้อกำหนดด้านความเสถียรของหลอดไฟทางวิศวกรรม ไม่ถือว่าใช้งาน
3.4 การออกแบบกลไก
การออกแบบกลไกไม่เพียงเกี่ยวข้องกับโครงสร้างทางกลของหลอดไฟทั้งหมดเท่านั้น แต่ยังรวมถึงรูปลักษณ์ที่สวยงามของหลอดไฟด้วย ต่อไป เราดำเนินการออกแบบเฉพาะของหม้อน้ำแบบหล่อจากสี่ด้านต่อไปนี้
ก. ดูดีที่สุด
เกี่ยวกับรูปลักษณ์ เราจินตนาการถึงสองรูปแบบต่อไปนี้
C. ความร้อนที่ดีที่สุด
ประสิทธิภาพการกระจายความร้อนของหม้อน้ำส่วนใหญ่จะถูกกำหนดโดยการออกแบบทางกลของหม้อน้ำ วัสดุเหมือนกับอะลูมิเนียมหล่อ ADC-12 เมื่อฮีตซิงก์มีพารามิเตอร์ที่แตกต่างกัน เช่น เส้นผ่านศูนย์กลางภายนอก ความสูงของครีบ และความหนาแน่นของครีบ ประสิทธิภาพการกระจายความร้อนอาจแตกต่างกันมาก ในระหว่างขั้นตอนการออกแบบ เราเลือกหม้อน้ำสี่ตัวที่มีโครงสร้างต่างกัน และจำลองการไหลของความร้อน ดังแสดงในรูปด้านล่าง
จากการจำลองการไหลของความร้อน เราพบว่า Case4 มีประสิทธิภาพการระบายความร้อนที่ดีที่สุด ตารางต่อไปนี้:
ในขณะเดียวกัน เราสามารถสรุปได้ดังนี้
(1) ลดความสูงของ Fin ในขณะที่เพิ่มเส้นผ่านศูนย์กลางภายนอกของ Heat sink เพื่อให้ได้ผลการกระจายความร้อนที่มีประสิทธิภาพมากขึ้น
(2) สำหรับฮีตซิงก์ที่มีน้ำหนักเท่ากัน การเพิ่มความสูงสามารถบรรลุผลการกระจายความร้อนที่มีประสิทธิภาพมากกว่าการเพิ่มขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางของหม้อน้ำ
(3) Case4 Thermal ดีที่สุด เราเพิ่มเส้นผ่านศูนย์กลางภายนอกของหม้อน้ำโดยลดความสูงของ Fin และรับหม้อน้ำที่ดีที่สุดภายใต้เงื่อนไขของราคาเดียวกัน
4, LED ผลการตรวจสอบแสงอ่าวสูง
เพื่อให้มั่นใจในคุณภาพของหลอดไฟ เราได้ทำการทดสอบหลายชุดเกี่ยวกับการกระจายแสง ความร้อน ความปลอดภัยทางไฟฟ้า และความน่าเชื่อถือก่อนการผลิตและการขนส่งจำนวนมาก ต่อไปนี้เป็นผลการตรวจสอบของการทดสอบแต่ละครั้ง
5. การประเมินต้นทุนและผลประโยชน์
ดังที่เราทุกคนทราบดี เมื่อเทียบกับหลอดโซเดียมความดันสูงหรือหลอดเมทัลฮาไลด์สำหรับให้แสงสว่างในโรงงาน ค่าใช้จ่ายในการลงทุนเริ่มต้นของโคมไฟไฮเบย์ LED นั้นสูงกว่าหลอดไฟทั่วไปอย่างเห็นได้ชัด อย่างไรก็ตาม เนื่องจากแหล่งกำเนิดแสง LED มีลักษณะเฉพาะของประสิทธิภาพการส่องสว่างสูง และเมื่อทำเป็นหลอดไฟ ข้อดีของทิศทางที่แข็งแกร่งของแหล่งกำเนิดแสง LED จะสะท้อนได้ง่าย ประสิทธิภาพของหลอดไฟ LED นั้นสูงกว่าหลอดไฟทั่วไปมาก ดังนั้นคุณสมบัติการประหยัดพลังงานจึงแสดงให้เห็นได้ชัดเจน ตารางต่อไปนี้เป็นการวิเคราะห์ผลประโยชน์ด้านการลงทุนของโคมไฟไฮเบย์ 120WLED และหลอดโซเดียมความดันสูง 400W แบบดั้งเดิม
6. บทสรุป
ไฟไฮเบย์ LED นี้ผ่านการดัดแปลงและปรับปรุงมากมายตั้งแต่ขั้นตอนการออกแบบเริ่มต้นไปจนถึงการผลิตจำนวนมาก ในหมู่พวกเขาด้วยการสื่อสารที่ทันท่วงทีและความร่วมมืออย่างใกล้ชิดระหว่างวิศวกร R&D และแผนกธุรกิจ ทำให้คุณภาพและรูปลักษณ์ของผลิตภัณฑ์ได้รับการยอมรับจากตลาดมากขึ้น นอกจากนี้ยังมีรายละเอียดการออกแบบมากมาย เช่น การเลือกจาระบี การรักษาแหวนกันน้ำ การปรับปรุงฝาครอบเครื่องคอมพิวเตอร์ การเลือกแหล่งจ่ายไฟ ฯลฯ มีการปรับปรุงอย่างต่อเนื่องอยู่เสมอ สำหรับแผนการออกแบบที่สมเหตุสมผลและสวยงามยิ่งขึ้น ผู้อ่านสามารถแจ้งให้เราทราบได้เช่นกัน ขอขอบคุณ
