Драйверы серии «STANDARD» тепловые режимы

Как известно, одним из важнейших факторов, влияющих на надежность работы светодиодных драйверов и, как следствие, на надежность осветительного оборудования, в которое они установлены, является правильно выбранный тепловой режим полупроводниковых приборов и их качество, а также тепловой режим импульсных трансформаторов и дросселей. Известно, что повышение рабочей температуры электронных компонентов на 10 °C приводит к сокращению их наработки на отказ вдвое, а перегрев импульсных трансформаторов и дросселей к их насыщению. Поэтому выбор и обеспечение оптимального теплового режима работы полупроводниковых приборов, импульсных трансформаторов и дросселей — одно из первоочередных мероприятий при построении светодиодного драйвера.

Типовая классификация ЭК по температурному диапазону работы состоит из следующих групп:

• коммерческого назначения (0…70°С)
• индустриального назначения (-40…85°С)
• автомобильного назначения (-40…125°С)
• военного назначения (-55…125°С)

В светодиодных драйверах серии «STANDARD» применяются полупроводниковые приборы мировых производителей высококачественных компонентов, таких как:

• Infineon technologies
• Diotec semiconductor
• Wayon electronics

Данные производители устанавливают допустимую температуру корпуса прибора от минус 55 до + 150 градусов.

Несмотря на достаточно высокую допустимую температуру современных полупроводниковых приборов, их тепловой режим, а как следствие и ресурс зависит и от конструктива теплоотвода. Многие производители, если не сказать, что все решают проблему теплового режима полупроводников установкой радиатора. Конструктив довольно распространённого решения отвода тепла от полупроводниковых приборов для светодиодных драйверов приведен на рисунке 1 и 1.1

Данный конструктив конечно же удовлетворяет требования по обеспечению теплового режима полупроводников, но в свою очередь имеет ряд недостатков, а именно:

1. Как видно из рисунка 1.1 между радиатором и корпусом драйвера находится достаточно толстый слой теплопроводящего компаунда, что создает высокое тепловое сопротивление и как следствие разницу температур в десятки градусов между полупроводником и теплоотводящим корпусом драйвера.

Данный вывод подтвержден измерением температуры МОП-транзистора и корпуса драйвера одного из именитых производителей, назовем его «Х». Для измерения был взят драйвер мощностью 150 Вт. После наработки в 3 часа при температуре окружающей среды 25 градусов температура МОП-транзистора достигла 91 градуса, а корпуса 50 градусов. При увеличении температуры корпуса до плюс 60 градусов температура МОП-транзистора составила 102 градуса. Соответственно, разница температур между корпусом транзистора и корпусом светодиодного драйвера составила 41 – 42 градус. При температуре окружающей среды в 60 градусов и неизменной выходной мощности драйвера, температура транзистора составит уже 126 градусов, а кристалла и того выше, при этом ресурс работы полупроводников и рядом расположенных компонентов резко сокращается. Поэтому производитель вынужден был ограничить выходную мощность драйвера при температурах окружающей среды выше 60 градусов.

2. Такое расположение компонентов довольно очевидно при конструировании, однако подразумевает под собой крепление полупроводников к радиатору, а это винты, гайки, шайбы, сверление радиаторов, трудозатраты, деньги. Так же и присутствует человеческий фактор, ведь необходимо плотно прижать полупроводник к радиатору и зафиксировать его, в случае фиксации разных полупроводников к одному радиатору нужно не ошибиться в порядке их установки. Это конечно же производственные издержки, но все же…

Разработчики компании «Инкотекс» при разработке светодиодных драйверов приняли иное технологическое решение, которое обеспечило существенно меньшую разницу температур между полупроводниками и корпусом светодиодного драйвера. Конструктив светодиодного драйвера приведен на рисунке 2.

Данное решение обеспечило следующий тепловой режим полупроводников и индуктивностей, а именно, после выдержки в 3 часа светодиодного драйвера мощностью 160 Вт (IAC-160-1050-000-67STA_PRO) при температуре окружающей среды 25 градусов температура корпуса составила 48 градусов, а температура МОП-транзистора 57 градусов. При увеличении температуры корпуса до 85 градусов температура МОП-транзистора составила 96,8 градусов, иными словами, разница температур между МОП-транзистором и корпусом составила 11,8 градусов, а сам транзистор находится в весьма для него комфортных условиях даже при максимальной температуре окружающей среды. Тепловые графики приведены на рисунке 3 и 3.1.

Как видно из теплового графика, светодиодный драйвер серии «STANDARD» можно эксплуатировать на полную мощность при температуре корпуса + 85 градусов. В случае, если температура окружающей среды составляет + 85 градусов, то уровнять температуру корпуса драйвера и окружающей среды можно при помощи естественной конвекции, либо установив светодиодный драйвер на радиатор.

При естественной конвекции нужно учитывать, что поток воздуха должен беспрепятственно «омывать» теплоотводящую поверхность корпуса светодиодного драйвера. При этом более эффективным будет такое расположение теплоотводящих поверхностей, когда нагретый поток воздуха как можно быстрее отводится от места теплообмена.

Особенностью воздушных систем охлаждения является снижение их эффективности при увеличении высоты над уровнем моря или при снижении атмосферного давления. Так, например, уже на высоте 3500 м эффективность как естественного конвективного воздушного охлаждения снижается на 25%.

Трудность в определении многочисленных параметров, влияющих на теплообменные эффекты, делает тепловые расчеты сложной задачей со множеством переменных, однако понимание физики происходящих процессов, компьютерное моделирование и подтверждение полученных результатов при испытаниях на стенде помогает реализовать наиболее качественную и недорогую систему охлаждения в кратчайшие сроки.