Cartografierea disipării căldurii pastilelor cu LED cu ajutorul camerelor de termoviziune FLUKE RSE

4 NOIEMBRIE 2019

Pastila cu LED este o componentă eseţială a iluminarii cu LED-uri. Dacă temperatura pastilei este prea mare, durata de viaţă şi calitatea luminii emise de LED pot fi afectate considerabil.

Ce este radiatorul şi de ce este important?

Radiatorul este o piesă întâlnită frecvent la multe dispozitive electronice. Acesta transferă căldura creată de un dispozitiv, reducându-i astfel temperatura pentru a împiedica supraîncălzirea. Radiatoarele sunt o parte importantă a iluminarii cu LED-uri şi mai exact a pastilelor cu LED. Radiatorul ajută la disiparea căldurii pastilei, asigurând menţinerea temperaturii acesteia în intervalul adecvat. Testarea radiatoarelor în procesul de producţie a pastilelor cu LED este esenţială pentru asigurarea calităţii. Camerele în infraroşu pot fi utilizate în procesul de cercetare şi dezvoltare pentru a verifica radiatoarele pentru LED-uri. Măsurătorile efectuate cu o astfel de cameră îi pot ajuta pe producători să găsească eventualele probleme legate de materiale şi proiectare, pentru a analiza mai bine şi a îmbunătăţi calitatea radiatoarelor.

Figura 1

Relaţia dintre temperatura pastilei cu LED şi radiator

Figura 2

Pentru ca pastila cu LED să funcţioneze corespunzător o perioadă îndelungată, temperatura ei nu trebuie să depăşească 120°C. Din păcate, cu cât temperatura pastilei este mai mare, cu atât durata de viaţă scade. Prin urmare, dacă temperatura pastilei este foarte ridicată sau mai rău, depăşeşte 120°C, durata ei de viaţă va fi mai scurtă. Astfel, este important să asiguraţi temperaturi sub 120°C pentru ca performanţa pastilei şi capacitatea de funcţionare a acesteia să nu aibă de suferit. Aceste aspecte scot în evidenţă importanţa radiatorului, deoarece radiatorul este componenta care răceşte pastila cu LED. Dacă radiatorul lipseşte sau este proiectat greşit sau confecţionat dintr-un material inadecvat, efectul de disipare a căldurii va fi afectat grav, acest lucru având ca rezultat scurtarea duratei de viaţă a LED-ului sau modificarea culorii luminii emise de acesta.

CAZ: Am colaborat cu departamentul de cercetare şi dezvoltare al unui mare producător de LED-uri, pentru a înţelege procesul de testare a pastilelor cu LED. Producătorul a subliniat importanţa efectului de disipare a căldurii şi a dimensiunii radiatorului în procesul de proiectare a schemei de disipare a căldurii pentru pastilă. Au fost proiectate şase tipuri de radiator în vederea cercetării. După cum se observă în figura 1, suprafaţa radiatorului creşte progresiv, de la modelul din stânga jos la cel din dreapta sus. În aceste figuri este ilustrată aceeaşi pastilă, cu aceeaşi tensiune de alimentare, aceeaşi intensitate a curentului şi aceeaşi durată de iluminare.

În figura 2, temperatura în punctul median superior este de 48.1°C, în contradicţie cu tendinţa temperaturii raportată la dimensiunea radiatorului. În mod normal, valoarea estimată ar trebui să fie în intervalul 43°C – 44°C. Ţinând cont de faptul că temperatura prezentată în figură nu se încadrează în acest interval, probabil că forma constructivă a radiatorului prezintă deficiențe sau materialul utilizat pentru acesta nu este corespunzător. Imaginea poate fi utilizată inclusiv pentru a calcula disiparea căldurii pe unitatea de suprafaţă, pe baza temperaturii şi a dimensiunii suprafeţei. În acest exemplu este evident că modelul din dreapta sus are cel mai nesatisfăcător efect de disipare al căldurii.

Înainte de apariţia camerei în infraroşu, ce se utiliza pentru măsurarea temperaturii în cadrul procesului de cercetare şi dezvoltare care studia disiparea căldurii unei pastile cu LED?

Înainte de apariţia camerelor în infraroşu, termocuplul era modalitatea folosită cel mai frecvent pentru măsurarea temperaturii în studiile privind disiparea căldurii.

În figura 3A, pentru pastila cu LED (partea circulară) este utilizat un radiator de tip lamelă, iar în figura 3B se pot observa rezultatele unui studiu de analiză liniară a distribuirii temperaturii la diverse distanţe, efectuat cu ajutorul software-ului de raportare şi analiză Fluke SmartView® pentru computere desktop.

În figura 4A, se pot observa segmente de benzi metalice (culoarea mov) pe radiatorul de tip lamelă. Datorită emisivităţii reduse, temperatura acestor segmente este redusă. Acest lucru se poate observa pe grafic (figura 4B), unde valorile de temperatură scad, lucru evidenţiat de cercurile negre.

Care sunt dezavantajele utilizării unui termocuplu pentru testare?

Termocuplurile au câteva limitări. Primul dezavantaj al utilizării termocuplului ar fi că trebuie să fie în contact cu suprafaţa pentru a efectua o măsurare. Pentru a se putea realiza contactul, pe radiator trebuie lipită o suprafaţă a termocuplului, fapt care poate modifica măsurarea temperaturii. În plus, când se utilizează un termocuplu, se poate efectua măsurarea doar într-un singur punct. Cu alte cuvinte, doar un singur punct al radiatorului este testat, fapt care nu asigură o măsurare exactă a întregului radiator.

Care sunt avantajele camerei în infraroşu?

Cu ajutorul camerei în infraroşu, se poate testa rapid performanţa aripioarei de răcire a radiatorului. Funcţiile de cartografiere termică ce permit monitorizarea directă şi înregistrarea în timp real pot fi utilizate pentru a efectua pe PC analize de temperatură specifice pentru aripioara de răcire.

Camera în infraroşu permite măsurarea temperaturii fără contact, metodă mai precisă şi care scurtează timpul necesar pentru măsurarea temperaturii aparente.

Obţinerea profilului termic al radiatorului cu ajutorul altor funcţii de analiză corelate este de o importanţă majoră în încercarea de a optimiza modelul de radiator, fapt care se reflectă în prelungirea duratei de viaţă a pastilei cu LED.

Când efectuaţi teste, trebuie să acordaţi prioritate preciziei. Iată trei lucruri pe care trebuie să le aveţi în vedere pentru un proces mai bun de inspectare a LED-urilor.

  1. Emisivitatea materialului metalic din care sunt produse unele radiatoare determină măsurarea unei valori scăzute a temperaturii. Pentru a evita măsurările incorecte, aplicaţi vaselină siliconică sau vopsea pe aripioara de răcire.
  2. Ţinând cont că radiatoarele pentru LED-uri au dimensiuni dintre cele mai diverse, utilizarea unui obiectiv macro poate contribui la obţinerea unor măsurători mai detaliate şi mai precise.
  3. Când inspectaţi LED-uri, poziţionaţi camera exact deasupra acestora.

Fie că proiectaţi următorul dispozitiv mobil sau dezvoltaţi un polimer nou, mai uşor şi mai rezistent, asiguraţi-vă că aveţi cele mai bune date termice pe care le puteţi obţine. Pentru ca în procesul de cercetare şi dezvoltare să efectuaţi teste în infraroşu precise şi eficiente, vă recomandăm seria Fluke RSE, şi anume camerele în infraroşu RSE300 şi RSE600. Având o sensibilitate termică de 40mK şi o rezoluţie a detectorului în infraroşu de până la 640 × 480, aceste camere montate pe suport transmit date către PC, unde pot fi utilizate în cadrul proceselor de cercetare şi dezvoltare şi în analizele de asigurare a calităţii.

ARC BRAȘOV SRL este partener autorizat în România, pentru detalii vă rugăm să ne contactați.

Autor: Ing. Gabriel Ghioca, ARC Brașov
gabriel.ghioca@arc.ro

Tel: 0268 472577; 0268 – 477 777 | arc@arc.ro | www.arc.ro | Blog.arc

Lasă un răspuns

Adresa ta de email nu va fi publicată. Câmpurile necesare sunt marcate *

  • Folosim datele dumneavoastră cu caracter personal NUMAI pentru a răspunde comentariilor/solicitărilor dumneavoastră.
  • Pentru a primi raspunsuri adecvate solicitărilor dumneavoastră, este posibil să transferăm adresa de email și numele dumneavoastră către autorul articolului.
  • Pentru mai multe informații privind politica noastră de confidențialitate și de prelucrare a datelor cu caracter personal, accesați link-ul Politica de prelucrare a datelor (GDPR) si Cookie-uri.
  • Dacă aveți întrebări sau nelămuriri cu privire la modul în care noi prelucrăm datele dumneavoastră cu caracter personal, puteți contacta responsabilul nostru cu protecția datelor la adresa de email: gdpr@esp2000.ro
  • Abonați-vă la newsletter-ul revistei noastre