led燈設計 led照明設計
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產品知識  Product Knowledge

解熱測試分析

根據熱力學的基礎概念,可以了解任何型式的散熱器,都有它散熱能力的極限值。在整組燈具內,LED光源是主要零件,就應該由LED本身產生的溫度來決定所搭配的散熱器能力是否足夠,這需要靠實際的測試來驗證,並非用雙手感覺燈具的溫度就能判斷。

對LED所施加的電流也會影響LED產生的熱量與溫度,透過反覆施加不同的電流,才能找出一個散熱器的最佳經濟效益。

以下我們利用市面上常見的AR111尺寸散熱器,搭配每顆1瓦合計9顆LED燈芯的光源板來進行實測;利用電源供應器施加不同電流值,並採用紅外線熱影像儀(Infrared Thermography)來量測LED燈芯表面的最高溫;LED燈芯表面材質多為矽膠(Silicone),故熱影像儀放射率設定為0.95。

環境溫度25℃、溼度60%情況下,測得數據如下:

施加電流350mA,測得電壓為26.5V,
總功率為9.28W,
測得最高溫為67.5℃
施加電流400mA,測得電壓為26.6V,
總功率為10.64W,
測得最高溫為72.6℃
施加電流450mA,測得電壓為26.7V,
總功率為12.02W,
測得最高溫為76.5℃
施加電流500mA,測得電壓為26.9V,
總功率為13.45W
測得最高溫為82.3℃
施加電流600mA,測得電壓為27V,
總功率為16.2W,
測得最高溫為91.7℃
施加電流700mA,測得電壓為27.2V,
總功率為19.04W,
測得最高溫為102℃

雖然,增加電流可以得到更高的光通量,但也不能毫無限制的增加,根據「光源設計」主題內的「溫度與光通量關係圖」,溫度越高光通量反而大打折扣;因此,必須在既有散熱器性能上做出取捨。

利用紅外線熱影像儀錄影功能,我們可以利用「偽色圖」功能來觀察LED點亮後的溫度變化;下面四段影片,分別施加不同電流值來觀察其溫度變化,以及最後燈具達熱平衡時的最高溫度

電流400mA
電流600mA
電流700mA
電流800mA

LED表面溫度開始逐漸增加,表示散熱器效能已經開始遞減,到了第5~6分鐘時,溫度的增加趨於平緩,直到第10分鐘左右溫度就不再明顯增加,這時即達到所謂「熱平衡」狀態,「熱平衡」狀態下量測到的溫度才具有衡量LED光效維持率的參考性,僅憑測量燈具外殼的溫度,並不具備衡量散熱性能的價值。

LED電流值越大所產生的熱也越多,一方面是電流越高LED光電轉換效率越差,另一方面是累積的熱已開始讓LED光電轉換效率變的更差,這是典型的惡性循環;也許短期三個月內,整體燈具感覺不出太大的異常,但是,不到一年內即會開始發生色溫改變與光通量下降,這兩種狀況每天的改變量非常輕微,人眼也很難查覺出,但可以透過一盞經常點燈與另一盞不常點燈的兩盞燈具互相比較,即可查覺得知。

藉由溫度測量儀器的輔助,才能避免此惡性循環的發生,更能避免不肖廠商誇大不實的推銷話術,也才能給消費者多一層的保障。


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