L'éclairage moderne a été révolutionné par la technologie des-diodes électroluminescentes (DEL), qui offre efficacité énergétique, durabilité et variété. Le sujet de savoir siLumières LEDCependant, la surchauffe et la manière dont elles contrôlent la production thermique par rapport aux ampoules à incandescence ou fluorescentes sont encore souvent demandées. Même si les LED sont souvent présentées comme des options d'éclairage « cool », la production de chaleur reste une possibilité. Cet article compare la gestion thermique des LED à celle des ampoules conventionnelles, étudie la science qui sous-tend la production de chaleur des LED et examine les conséquences sur la durée de vie, les performances et la sécurité.
Comment fonctionnent les-LED génératrices de chaleur ?
Les LED génèrent de la chaleur, contrairement à ce que beaucoup de gens pensent, mais leur fonctionnement est très différent de celui des technologies d’éclairage précédentes.
La science de la génération de chaleur à partir des LED
L'électroluminescence, un processus par lequel l'électricité circule à travers un matériau semi-conducteur, activant des électrons et libérant des photons (lumière), est la manière dont les LED produisent de la lumière. Cependant, toute l’énergie ne se transforme pas en lumière. La jonction semi-conductrice, qui constitue le centre de la puce LED, est l'endroit où environ 70 à 80 % de l'énergie électrique des LED est convertie en chaleur. Pour maintenir le fonctionnement de la diode et éviter tout dommage, cette chaleur doit être évacuée.
Distinctions importantes par rapport aux ampoules plus anciennes
Les filaments de tungstène sont chauffés jusqu'à ce qu'ils brillent dans les ampoules à incandescence. Ils perdent plus de 90 % de leur énergie sous forme de chaleur rayonnante sous forme de rayonnement infrarouge. Il existe un risque de brûlure car l'ampoule en verre devient très chaude.
Lampes fluorescentes : Les lampes fluorescentes émettent de la lumière en utilisant des revêtements de phosphore et de la vapeur de mercure. Environ 80 % de leur énergie est perdue sous forme de chaleur, produite au niveau des électrodes et à travers le ballast.
Les LED génèrent globalement moins de chaleur perdue, mais en raison de leur petite taille, la chaleur est concentrée au niveau de la jonction, ce qui nécessite une gestion thermique sophistiquée pour éviter une défaillance précoce.
Gestion thermique des LED par rapport aux ampoules conventionnelles
La longévité, la sécurité et l’efficacité des systèmes d’éclairage dépendent toutes de la manière dont la chaleur est contrôlée.
1. Dissipation thermique des LED
Pour éliminer la chaleur du semi-conducteur, les LED utilisent des techniques de refroidissement passives et actives :
Dissipateurs thermiques : Les dissipateurs thermiques en cuivre ou en aluminium utilisent la conduction pour absorber et distribuer la chaleur. Leurs conceptions à ailettes optimisent la surface du flux d’air.
Coussinets thermiques et adhésifs : Ces substances augmentent la transmission de chaleur en améliorant le contact entre la puce LED et le dissipateur thermique.
Conception de PCB : les dissipateurs de chaleur secondaires sont fabriqués à partir de cartes de circuits imprimés (PCB) avec des noyaux métalliques, tels que des PCB en aluminium.
Refroidissement actif : pour dissiper rapidement la chaleur, les LED-haute puissance (comme celles que l'on voit dans les éclairages des stades) peuvent utiliser un refroidissement liquide ou des ventilateurs.
Exemple : Pour évacuer la chaleur de la diode, une ampoule LED standard intègre un dissipateur thermique dans sa base, qui est souvent cachée derrière un boîtier en plastique.
2. Gestion de la chaleur dans les ampoules plus anciennes
Les ampoules à incandescence dégagent de la chaleur dans l'air ambiant. Bien qu’un contrôle thermique ne soit pas requis, une chaleur excessive peut endommager les matériaux ou les luminaires adjacents.
Les ballasts sont utilisés dans les tubes fluorescents pour contrôler le courant et réduire la chaleur des électrodes. Toutefois, l’accumulation de chaleur peut réduire la durée de vie des luminaires fermés.
Comparaison des températures
LED : les températures de surface varient de 30 à 50 degrés (86 à 122 degrés F), tout en fonctionnant entre 60 et 85 degrés (140 à 185 degrés F) à la jonction.
Les filaments des ampoules à incandescence peuvent atteindre 2 500 degrés (4 532 degrés F), tandis que les températures de surface dépassent 150 degrés (302 degrés F).
Les ballasts des tubes fluorescents peuvent atteindre 100 degrés (212 degrés F), mais les températures de surface varient généralement entre 40 et 50 degrés (104 et 122 degrés F).
Même si les LED fonctionnent globalement plus efficacement, leur chaleur localisée doit être soigneusement contrôlée pour éviter un « emballement thermique », une condition dans laquelle l'efficacité de la diode se détériore à mesure que la température augmente.
Pourquoi la surchauffe est importante : dangers et répercussions
Une gestion inadéquate de la chaleur des LED peut entraîner :
Durée de vie réduite : la dégradation de la lumière est accélérée par les températures élevées. En cas de surchauffe, les LED d'une durée de vie de 50 000 heures peuvent tomber en panne au bout de 10 000 heures.
Changement de couleur : les changements de couleur indésirables, tels que les teintes bleues, sont causés par la chaleur dégradant les revêtements de phosphore des LED blanches.
Perte d'efficacité : trop de chaleur rend le semi-conducteur plus résistant, ce qui réduit la quantité de lumière produite par watt.
Risques pour la sécurité : Bien que cela soit rare, une surchauffe prolongée peut nuire aux conducteurs ou provoquer l'incendie de matériaux combustibles dans des luminaires de mauvaise construction.
Une analyse des luminaires fermés
Sans une ventilation suffisante, les ampoules LED utilisées dans les luminaires fermés-comme les plafonniers encastrés-surchauffent fréquemment. Étant donné que les LED conventionnelles peuvent tomber en panne trop tôt dans des zones confinées, les fabricants indiquent si une ampoule est conçue pour de tels environnements.
Innovations en matière de gestion thermique pour la conception de LED
Les progrès en ingénierie et en science des matériaux ont renforcéDIRIGÉdissipation thermique :
1. Technologie connue sous le nom de Chip-on-Board (COB)
En montant directement de nombreuses diodes sur un substrat, les LED COB dispersent la chaleur sur une plus grande surface. L'efficacité est augmentée et les températures de jonction diminuent en conséquence.
2. Emballages en céramique
Les boîtiers en céramique, contrairement aux boîtiers en plastique, offrent une conductivité thermique et une résilience supérieures au stress thermique dans les LED-haut de gamme.
3. Rétraction thermique intelligente
Afin d'éviter tout dommage, certains pilotes sont équipés de capteurs qui, si la température dépasse des limites acceptables, atténuent ou éteignent la LED.
4. Disperseurs de chaleur en graphène
Des couches de graphène sont utilisées dans les LED expérimentales pour améliorer la dissipation thermique, ce qui pourrait complètement modifier la gestion thermique.
Applications des ampoules LED et conventionnelles : une comparaison
L'endroit et la manière dont certaines ampoules sont utilisées sont influencés par la puissance thermique :
Environnements domestiques
S'il est correctement évalué,Lampes à tubes LEDsont parfaits pour les réglages à intensité variable, les luminaires fermés et les lampes de travail. Les espaces mal ventilés présentent un risque de surchauffe.
Lampes à incandescence : abandonnées progressivement en raison de leur inefficacité et de leurs risques d'incendie.
Les fluorescents ne doivent pas être utilisés dans les maisons en raison de leur temps de réchauffement lent-et de leur teneur en mercure.
Environnements commerciaux/industriels
En raison de leur conception durable et de leurs dissipateurs thermiques puissants, les LED constituent la norme de l'industrie pour l'éclairage de grande hauteur, la signalisation et les espaces extérieurs.
Aux halogénures métalliques/HPS : certains entrepôts utilisent encore d'anciennes ampoules à décharge à haute intensité (DHI), mais celles-ci doivent être remplacées fréquemment et produisent trop de chaleur.
Les meilleures façons d'éviter la surchauffe des LED
Sélectionnez le luminaire approprié : pour les LED à haute-puissance, utilisez des luminaires ouverts ou bien-aérés.
Vérifiez les évaluations de l'enceinte : si nécessaire, assurez-vous que les lumières sont certifiées pour les zones fermées.
Évitez de surcharger les LED : la production de chaleur augmente lorsque la tension est supérieure à celle recommandée.
Entretien fréquent : pour maintenir le flux d'air, la poussière dissipe la chaleur.
Les LED sont plus froides mais restent sensibles à la chaleur.
Les LED sont plus sûres et plus économes en énergie-que les lampes à incandescence ou fluorescentes, car elles produisent moins de chaleur ambiante. Cependant, un contrôle thermique minutieux est nécessaire en raison de leur production de chaleur localisée au niveau de la jonction semi-conductrice. Les LED modernes offrent une endurance et une efficacité inégalées tout en réduisant le risque de surchauffe grâce à des dissipateurs thermiques, des matériaux sophistiqués et une conception intelligente. Les LED continueront de mieux fonctionner à mesure que la technologie progressera grâce à des développements tels que le refroidissement au graphène et des solutions thermiques adaptatives, garantissant ainsi leur position d'éclairage du futur.
La connaissance de ces directives permet aux entreprises et aux particuliers d'utiliser les LED de manière efficace, garantissant ainsi des performances optimales dans les environnements commerciaux, industriels et résidentiels.
https://www.benweilight.com/linear-lighting/led-batten-light/led-liable-led-batten-lumière-ip65.html
