เหตุใดจอแสดงผล LED จึงสร้างความร้อน
ชิป LED ไม่ได้มีประสิทธิภาพสมบูรณ์แบบ พลังงานไฟฟ้าส่วนหนึ่งที่ใช้จะถูกแปลงเป็นแสง แต่ส่วนแบ่งที่สำคัญ - ขึ้นอยู่กับประเภทของชิปและกระแสขับ - จะถูกปล่อยออกมาเป็นความร้อน ไอซีไดรเวอร์ หน่วยจ่ายไฟ และการติดตาม PCB ล้วนมีส่วนทำให้เกิดภาระความร้อนเพิ่มเติม
ในแผง LED ที่หนาแน่น ส่วนประกอบนับร้อยหรือหลายพันชิ้นทำงานพร้อมกันภายในตู้ที่จำกัด หากไม่มีเส้นทางระบายความร้อนที่มีประสิทธิภาพ อุณหภูมิที่ระดับส่วนประกอบอาจสูงขึ้นได้เกินกว่าช่วงการทำงานที่กำหนด
อุณหภูมิที่สูงขึ้นมีผลกับ LED อย่างไร
ความสัมพันธ์ระหว่างอุณหภูมิจุดเชื่อมต่อและประสิทธิภาพของ LED ได้รับการบันทึกไว้อย่างดี-ในวิศวกรรมเซมิคอนดักเตอร์ เมื่ออุณหภูมิทางแยกเพิ่มขึ้น:
- ประสิทธิภาพการส่องสว่างลดลง.LED ผลิตแสงต่อวัตต์น้อยลง ซึ่งหมายความว่าจอแสดงผลจะต้องขับเคลื่อนชิปให้หนักขึ้นเพื่อรักษาความสว่างเท่าเดิม - ทำให้เกิดวงจรป้อนกลับที่เพิ่มความร้อนเพิ่มเติม
- เกิดการเปลี่ยนสี.ไฟ LED สีต่างๆ (แดง เขียว น้ำเงิน) ตอบสนองต่ออุณหภูมิในอัตราที่ต่างกัน โดยเฉพาะไฟ LED สีแดงมีความไวต่อการเปลี่ยนแปลงทางความร้อน เนื่องจากอุณหภูมิแตกต่างกันทั่วทั้งแผง ความสม่ำเสมอของสีจึงลดลง - ในบางครั้งอย่างเห็นได้ชัด บางครั้งในลักษณะที่สามารถตรวจจับได้ผ่านอุปกรณ์ปรับเทียบเท่านั้น
- การย่อยสลายแบบเร่งเป็นไปตามสมการอาร์เรเนียสกล่าวโดยกว้างๆ ทุก ๆ 10 องศาที่เพิ่มขึ้นเหนืออุณหภูมิการทำงานที่กำหนดสามารถลดอายุการใช้งานของส่วนประกอบเซมิคอนดักเตอร์ลงครึ่งหนึ่งโดยประมาณ สำหรับจอแสดงผลที่ตั้งใจให้ทำงานตลอด 24 ชั่วโมง ความแตกต่างนี้จะสะสมอย่างรวดเร็ว
แนวทางการจัดการระบายความร้อนในจอแสดงผล LED
1. การระบายความร้อนแบบพาสซีฟ: การออกแบบฮีทซิงค์และตู้
จอแสดงผล-พิกเซล-พิกเซลคงที่และขนาดเล็กในอาคารส่วนใหญ่อาศัยการจัดการระบายความร้อนแบบพาสซีฟ - ซึ่งหมายความว่าความร้อนจะถูกนำออกจากส่วนประกอบต่างๆ ผ่าน PCB และตู้โดยไม่ต้องใช้พัดลม
ตู้อะลูมิเนียมหล่อ-มีประสิทธิภาพในเรื่องนี้เนื่องจากอะลูมิเนียมมีค่าการนำความร้อนสูง และสามารถตัดเฉือนด้วยช่องภายในที่สร้างพื้นที่ผิวที่ใหญ่ขึ้นสำหรับการกระจายความร้อน ความเรียบและมวลของตู้ก็มีความสำคัญเช่นกัน: ตู้ที่รักษาการสัมผัสที่สม่ำเสมอระหว่าง PCB และตัวเครื่องจะถ่ายเทความร้อนได้อย่างมีประสิทธิภาพมากกว่าตู้ที่มีช่องว่างที่เกิดจากพิกัดความเผื่อของการตัดเฉือน
2. Active Cooling: การไหลเวียนของอากาศแบบบังคับ
จอแสดงผล LED กลางแจ้ง โดยเฉพาะอย่างยิ่งการติดตั้ง-รูปแบบคงที่ขนาดใหญ่ มักจะใช้การระบายความร้อนแบบแอคทีฟด้วยพัดลม- พัดลมดึงอากาศโดยรอบผ่านส่วนประกอบภายในและระบายความร้อนผ่านช่องระบายอากาศในตู้
ข้อเสีย-คือการบำรุงรักษา: พัดลมประกอบด้วยชิ้นส่วนที่เคลื่อนไหวได้ซึ่งสึกหรอเมื่อเวลาผ่านไป และช่องระบายอากาศจำเป็นต้องทำความสะอาดเป็นระยะเพื่อให้ยังคงประสิทธิภาพอยู่ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในสภาพแวดล้อมที่มีฝุ่นหรือมีมลพิษสูง- ความล้มเหลวของพัดลมในโมดูลตัวเดียวไม่ได้ทำให้เกิดความเสียหายที่มองเห็นได้ในทันที แต่การทำงานอย่างต่อเนื่องเหนือขีดจำกัดอุณหภูมิจะทำให้สารประกอบเสื่อมสภาพอย่างเงียบๆ
3. สถาปัตยกรรมแคโทดทั่วไปและการลดความร้อน
วิธีการจ่ายไฟแบบแคโทดทั่วไปจะจ่ายแรงดันไฟฟ้าที่แยกจากกันและต่ำกว่าให้กับไฟ LED สีแดง สีเขียว และสีน้ำเงิน แทนที่จะเป็นแรงดันไฟฟ้าที่ใช้ร่วมกันเพียงตัวเดียว เนื่องจากแต่ละช่องสีจะได้รับเฉพาะแรงดันไฟฟ้าที่ต้องการ การสูญเสียความต้านทานในวงจรจึงลดลง พลังงานที่สูญเปล่าน้อยลงหมายถึงความร้อนที่สร้างขึ้นต่อหน่วยเอาต์พุตการส่องสว่างน้อยลง
วิธีการทางสถาปัตยกรรมนี้มีความเกี่ยวข้องเป็นพิเศษกับจอแสดงผลในร่มที่มีความหนาแน่นสูง- ซึ่งตัวเลือกการทำความเย็นมีจำกัด และการกระจายแบบพาสซีฟเป็นกลยุทธ์การจัดการระบายความร้อนหลัก
4. การออกแบบพาวเวอร์ซัพพลาย
การเปลี่ยนแหล่งจ่ายไฟจะสร้างความร้อนโดย-ผลพลอยได้จากการแปลงแรงดันไฟฟ้า PSU ประสิทธิภาพสูง- (ได้รับการจัดอันดับที่ประสิทธิภาพ 90%+) จะลดสัดส่วนของพลังงานที่แปลงเป็นความร้อน การกำหนดค่า PSU สำรองยังกระจายโหลดความร้อนแทนที่จะรวมไว้ที่ยูนิตเดียว
วงจรตรวจสอบและป้องกันอุณหภูมิ
โดยทั่วไปแล้วระบบควบคุมจอแสดงผล LED สมัยใหม่จะมีเซ็นเซอร์ความร้อนที่ระดับโมดูลหรือตู้ เซ็นเซอร์เหล่านี้จะป้อนข้อมูลไปยังระบบควบคุม ซึ่งสามารถลดความสว่าง แจ้งเตือน หรือปิดส่วนต่างๆ ของจอแสดงผลในกรณีที่รุนแรง เพื่อป้องกันส่วนประกอบเสียหาย
ผู้ซื้อที่จัดซื้อการติดตั้งขนาดใหญ่ควรตรวจสอบว่ามีการป้องกันความร้อนรวมอยู่ในเฟิร์มแวร์ของตัวควบคุมหรือไม่ และสามารถเข้าถึงข้อมูลอุณหภูมิจากระยะไกลผ่านซอฟต์แวร์การจัดการได้หรือไม่
ผลกระทบต่อสภาพแวดล้อมการติดตั้ง
การจัดการระบายความร้อนไม่ได้หยุดอยู่ที่ตัวจอแสดงผลเท่านั้น สภาพแวดล้อมในการติดตั้งมีผลโดยตรงต่อพฤติกรรมการระบายความร้อนของจอแสดงผล:
โครงสร้างการติดตั้งแบบปิดสามารถกักเก็บความร้อนรอบๆ ด้านหลังของจอแสดงผล ซึ่งจะทำให้ประสิทธิภาพของการออกแบบช่องระบายอากาศด้านหลัง-ลดลง
อุณหภูมิแวดล้อมกำหนดพื้นฐานที่ทำให้อุณหภูมิภายในสูงขึ้น จอแสดงผลที่ติดตั้งในพื้นที่ภายในอาคารที่มีการควบคุมสภาพอากาศ-จะทำงานภายใต้สภาวะความร้อนที่แตกต่างกันโดยพื้นฐานมากกว่าจอแสดงผลที่ติดตั้งกลางแจ้งโดยมีแสงแดดส่องโดยตรงในสภาพอากาศร้อน
ช่องว่างการระบายอากาศที่ด้านหลังของการติดตั้งแบบตายตัวมักถูกกำหนดโดยผู้ผลิต การเพิกเฉยข้อกำหนดระยะห่างเหล่านี้เป็นสาเหตุหนึ่งที่พบบ่อยของความล้มเหลวของส่วนประกอบก่อนกำหนดในการติดตั้งแบบถาวร
บทสรุป
ความร้อนเป็นผลพลอยได้ตามปกติ-จากการทำงานของจอแสดงผล LED คำถามที่เกี่ยวข้องไม่ได้อยู่ที่ว่ามีความร้อนหรือไม่ แต่การออกแบบของจอแสดงผลนั้นมีช่องทางเพียงพอในการกระจายความร้อนก่อนที่จะไปรวมตัวที่ระดับส่วนประกอบหรือไม่
วัสดุของตู้ สถาปัตยกรรมการไหลเวียนของอากาศ ประสิทธิภาพการจ่ายไฟ และโทโพโลยีวงจร ต่างก็มีบทบาท การทำความเข้าใจปัจจัยเหล่านี้ช่วยให้ผู้ซื้อและผู้ติดตั้งสามารถกำหนดความคาดหวังที่เป็นจริงสำหรับ-ความน่าเชื่อถือในระยะยาว และวางแผนสำหรับเงื่อนไขการติดตั้งที่เหมาะสม