تست دما و شدت نور ماژول های تک رنگ
در این پست به بررسی تغییرات شدت نور و میزان دمای تولید شده در سطح ماژول های LED تک رنگ خواهیم پرداخت و ضمن اندازه گیری پارامتر های کلیدی فوق، بهترین ولتاژ برای راه اندازی ماژول های تک رنگ تبیین می گردد.
در آزمایشات زیر از تجهیزات اندازه گیری دقیق و پیشرفته جهت کسب اعتبار علمی لازم استفاده شده است.
در اینجا برای راه اندازی ماژول تک رنگ از سه ولتاژ مختلف 4V, 4.5V, 5V استفاده کرده ایم.
ابتدا به بررسی میزان شدت نور در ماژول تک رنگ قرمز پرداخته ایم که نتایج آن در جدول ذیل نشان داده شده است:
شرایط محیطی آزمایش
نور: اتاق کاملا تاریک – دمای محیط: 26 درجه سانتیگراد
| ولتاژ | 4ولت | 4.5 ولت | 5ولت |
| شدت نور | 1271 | 1340 | 1360 |
اندازه گیری های فوق توسط مولتی متر Fluke محصول آمریکا و ” تفنگ شدت نور” انجام شده است
تفنگ شدت نور (Brightness gun) وسیله ای است که کارخانه های سازنده ماژول LED از آن جهت اندازه گیری شدت نور ماژول های مختلف استفاده می کنند.
چنانچه از جدول فوق مشاهده می شود شدت نور ماژول در ولتاژ 4.5 ولت 1340 و در ولتاژ 5ولت 1360 می باشد!
یعنی با افزایش ولتاژ ماژول تک رنگ از 4.5 ولت به 5 ولت تنها 1.5 % افزایش نور خواهیم داشت.
شدت نور ماژول در ولتاژ 4V برابر 1271 می باشد. یعنی شدت نور در ولتاژ 4 ولت 5% کمتر از شدت نور در ولتاژ 4.5 ولت و 6.5% کمتر از شدت نور در ولتاژ 5V می باشد.
با توجه به نتایج فوق می توان نتیجه گرفت که افزایش ولتاژ ماژول تک رنگ از 4 ولت به 5 ولت میزان بسیار ناچیزی به شدت نور اضافه خوا هد کرد و در صورتی که بخواهیم شدت نور را در ولتاژهای 4.5 ولت و 5V مقایسه کنیم، عملا تفاوت چندانی با یکدیگر نخواهند داشت.
اکنون باید دید که این تغیرات ولتاژ چگونه بر دمای قسمت های مختلف ماژول تک رنگ اثرخواهد داشت؟
مهمترین قسمت ها از نظر دما در ماژول LED
1 – دمای پیوند PN ال ای دی یا به اختصار دمای LED
2 – دمای چیپست تراشه های ماژول یا به اختصار دمای آی سی
دمای سایر بخش های ماژول اهمیت چندانی ندارد؛ چرا که حساس ترین قسمت ها که دمای اضافه در آنها می تواند بر طول عمر ماژول اثر بگذارد در درجه نخست LED ها و سپس IC ها می باشد.
برای اندازه گیری بسیار دقیق قسمت های مختلف ماژول از ابزاری به نام ” دوربین حرارتی مادون قرمز” ( Thermal imager ) استفاده می شود.
Thermal imager وسیله ای است که گرمایی را که به شکل امواج الکترومغناطیسی فروسرخ مادون قرمز از سطح اشیا تابش می شود را تبدیل به تصاویر نوری مرئی که قابل دیدن توسط سیستم بینایی باشد تبدیل کرده و نتیجه را به صورت زنده بر روی صفحه نمایش خود نشان می دهد و نه تنها اختلاف دمای قسمت های مختلف را به شکل رنگ های متفاوت نمایش می دهد ، بلکه دمای دقیق این قسمت ها را هم بر روی صفحه نمایشگر خود نمایان می کند.
دوربین های گرمایی به شکل وسیعی در صنایع نظامی، آتش نشانی و صنایع مهندسی مورد استفاده قرار می گیرند.
دوربین حرارتی مورد استفاده در این آزمایش برند آن Fluke محصول آمریکا می باشد:
برای آشنایی بیشتر با این دوربین ها می توانید Thermal imager را در موتورهای جستجوی ویدیویی سرچ کنید.
نتایج اندازه گیری دما برای LED های ماژول تک رنگ بر حسب درجه سانتیگراد در جدول زیر آمده
است:
نتایج اندازه گیری دمای IC های ماژول نیز متعاقبا در جدول زیرین نشان داده شده است:
در شکل های زیر تصویر خروجی دوربین حرارتی را در ولتاژهای مختلف برای LED ها و IC ها مشاهده می کنید:
| ولتاژ | 4 ولت | 4.5 ولت | 5ولت |
| دمای ال ای دی | 51 درجه سانتی گراد | 61.3 درجه سانتیگراد | 67.3 درجه سانتیگراد |
| دمای IC | 66.2 درجه سانتیگراد | 75.7 درجه سانتیگراد | 89.7 درجه سانتیگراد |
ولتاژ 4 ولت، آی سی – ال ای دی
ولتاژ 4.5 ولت، آی سی – ال ای دی
ولتاژ 5 ولت، آی سی – ال ای دی
در شکل های بالا تصویر سمت راست مربوط به آی سی و تصویر سمت چپ مربوط به ال ای دی می باشد.
با مقایسه بین جداول و تصاویر بالا ملاحظه می شود که دمای آی سی با تغییرولتاژ به شکل مشهودی افزایش پیدا می کند. به طوری که دمای آی سی در حالت 5 ولت 23.5 درجه سانتیگراد بالاتر از دمای آی سی در ولتاژ 4 و نیز 9.5 درجه بالاتر از دمای آی سی در ولتاژ 4.5 می باشد.
همچنین مشاهده می شود که دمای LED در ولتاژ 5 ولت 16.3 درجه سانتیگراد بالاتر از دمای LED در ولتاژ 4 و نیز 6 درجه سانتیگراد بالاتر از دمای LED در ولتاژ 4.5 ولت می باشد.
بنابراین از نقطه نظر انرژی، ماژول های تک رنگ با افزایش ولتاژ انرژی زیادی را به گرما تبدیل می کنند که این گرمای اضافه می تواند به طور قابل ملاحظه ای بر طول عمر و مصرف برق تابلو تاثیرگذار باشد.
در ولتاژ 4.5 ولت مصرف انرژی تابلو 10.3 درصد کاهش خواهد یافت و در ولتاژ 4 ولت این مقدار به 20.9 درصد می رسد.
نتیجه کلی
از مقایسه کلی شدت نور ماژول و دمای LED ها و IC ها در می یابیم که با حفظ ولتاژ استاندارد برای ماژول تک رنگ و اجتناب از قرار دادن ولتاژ اضافه، تنها اندکی از شدت نور کاسته خواهد شد که این مقدار بسیار ناچیز و غیر قابل تشخیص می باشد، ولیکن مزایای بسیار بهتری از جمله کاهش دمای بسیار قابل ملاحظه که خود بی نیازی از سیستم های خنک کننده و فن های بیشتر را در پی دارد، و همچنین افزایش طول عمر تابلو و کاهش ده تا بیست درصدی برق بدست خواهد آمد.
امید بر اینکه مطلب ارائه شده مورد توجه واقع شده باشد.
با تشکر از توجه شما
نویسنده:مهندس مسعود نجاتی