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我的世界生存小木屋:工業用LED防爆燈開發設計的難度

發布日期:2019-05-11 09:03:45

我的世界1.9更新内容 www.lwnta.icu 工業用LED防爆燈開發設計的難度

 

導讀:通過對固態LED冷光源防爆燈散熱、水氣和紫外線考驗的探討,結合測試案例中的發現,提醒LED防爆燈生產廠家必須投入更多關注在這些安全挑戰,才有機會取得競爭地位。


  發光二極管(LED)穩坐次世代光源主流寶座已無庸置疑,LED在照明除能取代原有照明光源,更有機會發展廣泛多元的創新應用,但亦同時伴隨在模組、電源設計、安裝場所與散熱、壽命等必須克服的新挑戰。面對LED在工業防爆照明領域應用的無限曙光,本文將分享在眾多測試案例中的發現,提醒業者必須投入更多的關注在這些安全挑戰,才有機會取得競爭地位。

 

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一、高功率LED防爆燈具散熱挑戰重重

  隨著固態LED封裝技術改進,LED業者亟欲突破亮度障礙,取代高亮度的高強度放電燈源(HID)或白熾燈。

  LED防爆燈雖然具有冷光與相對高效率的優勢,但與一般傳統光源的光熱傳導途徑比較之下,白熾燈的熱產生在光傳遞路徑上;防爆燈LED光源的熱則集中在于光傳遞路徑的反側,在能量守恒定律下,LED的散熱設計逐漸變為不可忽視的問題。

  舉例來說,LED防爆燈雖然僅須約60%的耗電量就能夠得到與傳統光源防爆燈相同的亮度,但在使用過程中,LED防爆燈80%的能量卻是轉換為燈具內部的熱源,長久積聚不散的熱,將會造成以下幾點重要問題:

  1、LED光效率降低

  LED的光來自于半導體中,電子電洞結合過程所產生的光能,因此當周圍環境溫度升高時,電子與電洞的結構容易因為原子本身的震動增加,而受到阻礙或是破壞,因此會造成防爆燈LED光強度的降低。

  2、絕緣的破壞

  當LED防爆燈具因散熱設計不佳而造成環境溫度上升時,作為安全最后一道防線的絕緣聚合物材料,亦受到熱劣化的挑戰。

  一般具有熱塑性的聚合物材料,并非處于完全聚合的情況,高溫與濕氣的環境會促進聚合反應產生逆向反應(也就是裂解)的進行,除會產生變形外,也會產生特性的變化,甚至會產生氧化的問題,絕緣特性也因此受到破壞。

  以上例來說,在無散熱的情況下,100瓦的熱積聚,在一小時內就能夠將一公升的水加熱至近100度,因此高功率LED防爆燈具的挑戰,不僅在于將熱由LED光源移出,也必須要從防爆燈移出,否則長期使用后,不僅是照明效率會下降,燈具本身也是安全堪慮。

  二、室外工業用LED防爆燈具的水氣與紫外線考驗加劇

      安裝在室外的LED防爆照明燈具,相對于室內用防爆燈具,散熱環境雖然相對較好,但是水氣與紫外線的影響卻是額外的考驗。

  1、水氣造成的LED防爆燈功能危害

  水氣的積聚,對電子產品功能最大的問題就是造成電路短路與產品生銹。雖然純水導電度低,但只要加上電解質,導電度就會上升,容易造成短路現象。剛開始短路現象會隨水受熱蒸發而停止,長久下來,累積在導體上的電解質加上通電時的熱作用,就可能破壞絕緣材料,導致永久的短路現象或是回路的銹蝕。

  裸露的金屬材料如焊點或螺絲、端子也會受到水氣的影響產生生銹的情況。一旦發生銹蝕,電阻會提高,或者膨脹的導體也可能彼此連接產生短路,造成安全的危險;另外有些聚合物材料是透過脫水聚合而成,水氣的存在會促使聚合物分解反應的進行,造成聚合物材料的破壞。

  2、紫外線對防爆燈外殼材料的破壞

  陽光含有高能量的紫外光,除會曬傷皮膚外,也足夠裂解大多數的聚合物材料,UL研究發現,只要將近1000小時的連續高強度曝曬,就可能導致材料的機械強度產生足夠危險的衰煺,以及劣化材料的耐燃性。

  大多數LED防爆燈設計都是希望通過密封而達到防水的目的,然而,除一體成型的密封外,大多數組裝式的密封都會因為持續的熱漲冷縮,導致水氣因而藉由毛細現象能夠滲入到防爆燈殼體內部,逐漸累積,因此若能采用耐水性的電路材質,加上排水、通風與干燥的設計,才可防止因為水氣累積所造成的問題。

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1、至于長久浸泡于水中的燈具,因受到環境溫度變化較小,加上水壓的幫助,同時可減少紫外線的吸收,密封較易達成,只要采用對水氣不敏感的聚合物材料與金屬材質,反而相對比較容易維持低水氣的狀態。

2、采用LED為光源的固態強光防爆頭燈和多功能巡檢防爆手電筒均需考慮散熱和防水等問題。

文章關鍵詞:工業用燈,LED防爆燈,研發設計工業用燈