อุปกรณ์ไฟฟ้าที่ใช้ในการเปล่งแสงเข้าไปในช่องว่างเรียกว่าโคมไฟ คำว่า "โคมสูง" และ "โคมต่ำ" ซึ่งส่วนใหญ่กำหนดพื้นที่และความสูงของเพดานที่เกี่ยวข้อง มักใช้ในธุรกิจแสงสว่าง โคมไฟที่เรียกว่าโคมไฮเบย์ผลิตขึ้นสำหรับพื้นที่อุตสาหกรรมที่ยกระดับเหนือพื้นดินหรือพื้นผิวการทำงาน การใช้งานสำหรับโคมไฮเบย์อาจรวมถึงระบบไฟส่องสว่างที่ทำขึ้นสำหรับใช้ใน "ไฮเบย์" เช่น โกดัง โรงงานอุตสาหกรรม สถานประกอบการค้าปลีกขนาดใหญ่ สนามกีฬา หรืออื่นๆ ในทำนองเดียวกัน ซึ่งเพดานอาจสูง 30 ฟุตหรือสูงกว่า
เมื่อเทียบกับไฮเบย์แบบ HID ทั่วไปแล้ว โคมไฟไฮเบย์ LED ให้ประโยชน์มากมาย รวมถึงการใช้พลังงานที่ลดลง เอาต์พุตที่ดีขึ้นที่กระแสขับที่สูงขึ้น อายุการใช้งานที่ยาวนานขึ้น ความทนทานที่เพิ่มขึ้น ขนาดที่เล็กลง การสลับที่เร็วขึ้น และความทนทานและความน่าเชื่อถือที่ยอดเยี่ยม อย่างไรก็ตาม ความซับซ้อนที่เกิดจากความร้อนสูงเกินไปของ LED เป็นปัญหาร้ายแรงเกี่ยวกับการใช้ไฟโซลิดสเตต
แหล่งกำเนิดความร้อนและแสงเป็นแบบ LED
ไดโอดเซมิคอนดักเตอร์เป็นรากฐานของอุปกรณ์ให้แสงสว่างในสถานะของแข็ง ซึ่งแสดงด้วยไดโอดเปล่งแสง อิเลคตรอนและโฮลจะรวมตัวกันอีกครั้งเมื่อไดโอดถูกไบแอสไปข้างหน้า (เปิดใช้งานหรือเปิด) ปล่อยพลังงานออกมาในรูปของแสง อุปกรณ์ออปโตอิเล็กทรอนิกส์เหล่านี้ผลิตความร้อนอันเป็นผลมาจากการเปลี่ยนพลังงานเป็นแสง ซึ่งหากปล่อยให้สะสม อาจเพิ่มอุณหภูมิในการทำงาน ส่งผลให้ประสิทธิภาพลดลงและทำงานล้มเหลวก่อนกำหนด ความสามารถในการควบคุมอุณหภูมิของทางแยกและการเข้าถึงอุณหภูมิการทำงานในสภาวะคงที่ในอุดมคติมักจะเป็นตัวกำหนดประสิทธิภาพของ LED กำลังส่องสว่างที่แย่ลง ประสิทธิภาพของหลอดไฟที่แย่ลง ความยาวคลื่นที่ครอบงำ และอายุขัยที่สั้นลงมักมีความสัมพันธ์กับอุณหภูมิของจุดเชื่อมต่อที่สูงขึ้น อุณหภูมิจุดเชื่อมต่อของ LED มีอิทธิพลอย่างมากต่อทั้งประสิทธิภาพโดยรวมและอายุการใช้งาน L70 สำหรับ LED แกลเลียมไนไตรด์ (GaN) ระยะเวลาของอายุการใช้งานสามารถลดลงได้ 10 kHrs (1000 ชั่วโมง) สำหรับทุกๆ 10 องศาที่อุณหภูมิจุดเชื่อมต่อ (มากกว่า 25 องศา) ประสิทธิภาพของ LED จะลดลงมากกว่า 10 เปอร์เซ็นต์หากอุณหภูมิของจุดเชื่อมต่อเพิ่มขึ้นจาก 40 องศาเป็น 70 องศา เพื่อรักษาประสิทธิภาพการทำงานและควบคุมอุณหภูมิในการทำงานของโคม LED สำหรับการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิจุดเชื่อมต่อและอุณหภูมิโดยรอบ จะต้องคิดค้นโซลูชันการจัดการระบายความร้อนที่เหมาะสม
พื้นที่ที่มีอุณหภูมิแวดล้อมสูงต้องการแสงสว่างจากอ่าวสูง
การติดตั้งโคมไฟมักติดตั้งไว้ที่หรือใกล้กับเพดานในอาคารสูง เพื่อให้แสงสว่างเพียงพอ โดยทั่วไปจะใช้ไฟ LED กำลังสูงในหลอดไฟเหล่านี้ กระแสไฟฟ้าที่จ่ายให้กับ LED และอุณหภูมิในการทำงานของ LED ต่างก็ส่งผลต่อปริมาณแสงที่ผลิตได้ สามารถใช้สัญญาณไดรฟ์ไฟฟ้าสูงเพื่อขับเคลื่อน LED ที่มีฟลักซ์การส่องสว่างสูงได้ อย่างไรก็ตาม การทำเช่นนั้นบ่อยครั้งส่งผลให้ LED ทำงานที่อุณหภูมิสูง นอกจากนี้ แอพพลิเคชั่นไฮเบย์มักจะทำงานในการตั้งค่าที่มีฤทธิ์กัดกร่อนและรุนแรงกว่าแอพพลิเคชั่นโลว์เบย์ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในโรงงานผลิต เช่น โรงถลุงเหล็ก โรงหล่อ และโรงงานผลิตแก้ว การตั้งค่าไฮเบย์อาจทำให้อุณหภูมิแวดล้อมสูงขึ้น ฝุ่นละอองในอากาศ และอนุภาคน้ำมันมากขึ้น LED อาจได้รับความเสียหายจากความร้อนที่ผลิตโดยวงจรที่เกี่ยวข้องในขณะที่ทำงานในตู้ที่มีพื้นที่น้อยและ/หรือในสภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิสูง
ด้วยเหตุนี้ จึงจำเป็นอย่างยิ่งที่จะต้องจัดการความร้อนที่เกิดขึ้นภายในโคม LED ขณะที่ใช้ไฟกำลังสูงในบริเวณที่มีอุณหภูมิแวดล้อมสูง การจัดการระบายความร้อนหมายถึงความสามารถของระบบในการขจัดความร้อนส่วนเกินที่สะสมอยู่ที่จุดต่อออกจากโคมสูง ซึ่งบ่อยครั้งอาจทำให้สารเรืองแสงเสื่อมสภาพและทำให้อายุการใช้งานของหลอดสั้นลง ด้วยการใช้วัสดุโคมไฟระดับพรีเมียม การออกแบบการกระจายความร้อนที่ดีขึ้น และแม้แต่เซ็นเซอร์อุณหภูมิที่ลดแสงโดยอัตโนมัติเมื่อมีความร้อนสะสมมากเกินไป ผู้ผลิต LED มักจะปรับปรุงการออกแบบเพื่อให้อุณหภูมิสูงขึ้นอยู่เสมอ
ใช้ LED คุณภาพสูงเพื่อความอยู่รอด
โดยทั่วไป ไฟ LED คุณภาพสูงเป็นส่วนประกอบที่ทนทานซึ่งสามารถทำงานได้ในสภาพแวดล้อมที่ร้อนจัด ตัวอย่างเช่น CREE XM-L LED สามารถทำงานได้ที่อุณหภูมิจุดเชื่อมต่อสูงถึง 150 องศา กำลังส่องสว่างสัมพัทธ์ของโคมไฟ LED ลดลงเพียง 10 เปอร์เซ็นต์ที่อุณหภูมิแวดล้อม 60 องศา เมื่อเทียบกับกำลังส่องสว่างสัมพัทธ์ที่ 25 องศา ความต้านทานความร้อนเป็นคำที่ใช้อธิบายความสามารถโดยรวมของอุปกรณ์ในการขนส่งความร้อนในภาค LED การเชื่อมต่อแบบกระจายความร้อนและบรรจุภัณฑ์ของ LED ได้รับการออกแบบให้มีเส้นทางการต้านทานความร้อนน้อยที่สุด พลังงานสูงสุดที่อาจกระจายไปในบรรจุภัณฑ์ LED ขึ้นอยู่กับความต้านทานความร้อนและอุณหภูมิในการทำงานสูงสุด ความต้านทานความร้อนระหว่างจุดแยก LED และอากาศโดยรอบจะเป็นตัวกำหนดกระแสไปข้างหน้าสูงสุด อุณหภูมิของจุดเชื่อมต่อ LED ที่แข็งแกร่งเป็นผลมาจากความร้อนสะสมขนาดใหญ่ภายใน LED ที่มีความต้านทานความร้อนสูง เมื่อสิ่งนี้เกิดขึ้น ผลกระทบของอุณหภูมิทางแยกที่เพิ่มขึ้นใน LED สามารถสร้างสมดุลกับผลกระทบของกระแสไปข้างหน้าที่เพิ่มขึ้น ทำให้ LED รักษาระดับหรือแม้แต่ลดระดับเอาต์พุตแสงแม้ว่ากระแสไปข้างหน้าจะเพิ่มขึ้นก็ตาม เพื่อยืดอายุการใช้งานของโคมไฟและคุณสมบัติทางแสงให้สูงสุด จำเป็นอย่างยิ่งที่จะต้องสร้างโคมไฟในลักษณะที่ลดความต้านทานความร้อนจากจุดบัดกรีไปยังสภาพแวดล้อม ตระกูล OSLON Square LED ที่นำเสนอโดย OSRAM Opto Semiconductors มีความต้านทานความร้อนต่ำเพียง 3.8 กิโลวัตต์/วัตต์ ซึ่งทำงานได้ดีเป็นพิเศษในอุณหภูมิแวดล้อมสูง และอาจมีอายุการใช้งานยาวนานกว่า 50,{11}} ชั่วโมงอย่างมากแม้ในระดับสูง อุณหภูมิสูงถึง 135 องศาใน LED ตามการทำงานปัจจุบันคงที่โดยรักษาอุณหภูมิจุดเชื่อมต่อไว้ที่หรือต่ำกว่า 120 องศา LED สีขาว Lumileds LUXEON K2 ให้ค่าลูเมน 70 เปอร์เซ็นต์ที่ 50,000 ชั่วโมงการทำงานที่กระแสไปข้างหน้า 1,000 mA สามารถทำงานได้โดยมีการสูญเสียเอาต์พุตเพียงเล็กน้อยที่อุณหภูมิจุดเชื่อมต่อสูงถึง 150 องศา
การควบคุมความร้อน: ลักษณะสำคัญของประสิทธิภาพของระบบ
การออกแบบการระบายความร้อนที่มีประสิทธิภาพเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับโคมไฟอุตสาหกรรม โดยเฉพาะอย่างยิ่งช่องสูงแบบยูเอฟโอที่มีการวางวงจรและไฟ LED ไว้ในตัวเรือนแบบปิด เพื่อลดอุณหภูมิในการทำงานของอุปกรณ์ออปโตอิเล็กทรอนิกส์ในขณะที่เพิ่มประสิทธิภาพและความน่าเชื่อถือ เมื่อพูดถึงการออกแบบอ่าวสูง ฮีตซิงก์—ซึ่งมักจะเป็นโครงโคมไฟในตัว—คือจุดเน้นหลักของการออกแบบระบายความร้อน จุดเชื่อมต่อของ LED แต่ละจุดและตัวเรือนไดรเวอร์ได้รับการออกแบบมาให้ระบายความร้อนด้วยฮีตซิงก์ เพื่อขยายพื้นที่ผิวของตัวระบายความร้อนและอำนวยความสะดวกในการแลกเปลี่ยนความร้อนแบบพาความร้อนที่สูงขึ้นกับอากาศโดยรอบ ตัวระบายความร้อนมักทำจากวัสดุนำความร้อน เช่น โลหะ และมีครีบหรือช่อง สามารถติดตั้งช่องระบายความร้อนในตัวที่หล่อเข้าไปในตัวเครื่องได้ องค์ประกอบของวัสดุและปัจจัยแวดล้อมส่งผลต่อการนำความร้อนของตัวเรือนไฮเบย์ การนำความร้อนเป็นอีกวิธีหนึ่งในการขจัดความร้อนทิ้งซึ่งขึ้นอยู่กับรูปทรงเรขาคณิตของส่วนประกอบของระบบ วัสดุใดก็ตามที่มีค่าการนำความร้อนสูงอาจใช้ทำฮีตซิงก์ รวมถึงแต่ไม่จำกัดเฉพาะทองแดง อะลูมิเนียม และโลหะผสม แม้ว่าทองแดงจะมีค่าการนำความร้อนอย่างน้อย 400 W/mK เนื่องจากการนำความร้อนที่ค่อนข้างสูงและความเรียบง่ายของการผลิต อะลูมิเนียมจึงเป็นโลหะที่เลือกใช้สำหรับฮีตซิงก์ ตัวเรือนอลูมิเนียมสามารถเคลือบผงอะคริลิกทั้งพื้นผิวด้านในและด้านนอกเพื่อเพิ่มการกระจายความร้อนและความต้านทานการกัดกร่อน
