LED顯示屏的散熱設(shè)計

文章來源:恒光電器

發(fā)布時間:2013-12-06

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 高溫會導(dǎo)致電子元器件的失效概率迅速加大,， led亮化工程,，從而導(dǎo)致LED顯示屏的可靠度下降。為了控制LED顯示屏內(nèi)部電子元器件的溫度,，使其在LED顯示屏所處的工作環(huán)境條件下,，不超過規(guī)定的最高允許溫度，需要進(jìn)行LED顯示屏的散熱設(shè)計,。LED顯示屏的散熱設(shè)計，怎樣才能低成本,、高質(zhì)量,，是本文探討的內(nèi)容。

一,、散熱設(shè)計的相關(guān)知識

    熱量傳遞的兩個基本規(guī)律：熱量是從高溫區(qū)流向低溫區(qū),；高溫區(qū)發(fā)出的熱量等于低溫區(qū)吸收的熱量,。

    熱量的傳遞有三種基本方式：導(dǎo)熱、對流和輻射,。

    導(dǎo)熱：氣體導(dǎo)熱是由氣體分子不規(guī)則運(yùn)動時互相碰撞的結(jié)果,。金屬導(dǎo)體中的導(dǎo)熱主要靠自由電子的運(yùn)動來完成。非導(dǎo)電固體中的導(dǎo)熱是通過晶格結(jié)構(gòu)的振動實現(xiàn)的,。液體中的導(dǎo)熱機(jī)理主要靠彈性波的作用,。

    對流：指流體各部分之間發(fā)生相對位移時所引起的熱量傳遞過程。對流僅發(fā)生在流體中,，且必然伴隨著有導(dǎo)熱現(xiàn)象,。流體流過某物體表面時所發(fā)生的熱交換過程，稱為對流換熱,。由流體冷熱各部分的密度不同所引起的對流稱自然對流,。若流體的運(yùn)動由外力（風(fēng)扇等）引起的，則稱為強(qiáng)迫對流,。

     輻射：物體以電磁波形式傳遞能力的過程稱為熱輻射,。輻射能在真空中傳遞能量，且有能量形式的轉(zhuǎn)換,，即熱能轉(zhuǎn)換為輻射能及輻射能轉(zhuǎn)換成熱能,。

選擇散熱方式時，應(yīng)考慮下列因素：LED顯示屏的熱流密度,、體積功率密度,、總功耗、表面積,、體積,、工作環(huán)境條件（溫度、濕度,、氣壓,、塵埃等）等。

     按傳熱機(jī)理,，技術(shù)資訊,，有自然冷卻、強(qiáng)迫空氣冷卻,、直接液體冷卻,；蒸發(fā)冷卻；熱電致冷,；熱管傳熱等散熱方式,。

    常見的幾種散熱方法對比如下：

    從上表可看出，自然冷卻的散熱效果比較小，蒸發(fā)冷卻的散熱效果比較大,。人體出汗降溫,，用的就是蒸發(fā)冷卻的散熱方法。

二,、LED顯示屏的散熱設(shè)計方法

      從實際應(yīng)用中可知,，目前LED顯示屏內(nèi)部發(fā)熱比較多，發(fā)熱較多的電子零部件為：LED,、驅(qū)動IC,、開關(guān)電源。因此,，需要對LED顯示屏進(jìn)行散熱設(shè)計,，在熱源與外部環(huán)境之間提供一條低熱阻通路，保證熱量順利傳遞出去,。

     物體溫度低于1800℃時,，有意義的熱輻射波長位于0.38~100μm之間，且大部分能量位于紅外波段0.76~20μm范圍內(nèi),，在可見光波段內(nèi),，熱輻射能量比重并不大。因此,，LED顯示屏內(nèi)部可以隨意涂敷各種顏色,。太陽光直射的LED顯示屏外部，需涂覆成淺色,，避免可見光吸收,。

    從LED顯示屏的使用情況考慮，租賃屏,、戶內(nèi)固定安裝屏多用自然冷卻散熱的方法,，戶外固定安裝屏多用強(qiáng)迫空氣冷卻散熱的方法。

     戶外固定安裝LED顯示屏,，在整個屏幕安裝時,，就要考慮散熱設(shè)計。受安裝地點(diǎn)的限制,，隨著LED顯示屏功耗的降低,，越來越多的客戶將LED顯示屏在戶外裸裝，同時沒有其他的輔助散熱措施,。對LED顯示屏大屏幕來說,，只有自然冷卻散熱的方式，散熱能力比較差,。因此,，led顯示屏箱體的散熱設(shè)計顯得尤為重要,。從LED顯示屏箱體使用可靠性、維護(hù)成本等多個角度綜合考慮,，用風(fēng)扇進(jìn)行強(qiáng)迫對流冷卻散熱，是比較好的散熱方式,。

     發(fā)熱電子零部件與冷風(fēng)的熱交換面積,，發(fā)熱電子零部件與冷風(fēng)的溫度差，直接影響散熱效果,。這就涉及進(jìn)入LED顯示屏箱體的風(fēng)量大小設(shè)計,，風(fēng)道的設(shè)計。通風(fēng)管道設(shè)計時,，盡量采用直管道輸送空氣,，避免采用急劇拐彎和彎曲的管道。通風(fēng)管道應(yīng)避免驟然擴(kuò)展或驟然收縮,。擴(kuò)展的張角不要超過20o,，收縮的錐角不要大于60 o。通風(fēng)管道應(yīng)盡量密封,，所有搭接都應(yīng)順著流動方向,。

     LED顯示屏箱體設(shè)計時，有幾點(diǎn)需注意：進(jìn)氣孔應(yīng)設(shè)置在箱體下側(cè),，但不要過低,，以免污物和水進(jìn)入安裝在地面的箱體內(nèi)。排氣孔應(yīng)設(shè)置在靠近箱體的上側(cè),�,？諝鈶�(yīng)自箱體下方向上方循環(huán)，應(yīng)采用專用的進(jìn)氣孔或排氣孔,。應(yīng)使冷卻空氣從發(fā)熱電子零部件中流過,，同時需防止氣流短路。進(jìn)氣孔,、出氣處需設(shè)置過濾網(wǎng),，以防雜物進(jìn)入箱體。設(shè)計時應(yīng)使自然對流有助于強(qiáng)迫對流,。設(shè)計時需確保進(jìn)氣口與排氣口遠(yuǎn)離,。要避免重復(fù)使用冷卻空氣�,？紤]到空氣受熱體積膨脹的因素,，出風(fēng)口面積應(yīng)為進(jìn)風(fēng)口面積的1.5倍—2倍。開關(guān)電源等發(fā)熱較大的電子零部件,，應(yīng)盡量靠近進(jìn)風(fēng)口,。要保證散熱器齒槽方向與風(fēng)向平行,，散熱器齒槽不能阻擋風(fēng)路。

      風(fēng)扇安裝在系統(tǒng)中,，由于結(jié)構(gòu)限制,，進(jìn)風(fēng)口和出風(fēng)口常常會受到各種阻擋，其性能曲線會發(fā)生變化,。根據(jù)實際經(jīng)驗,，風(fēng)扇的進(jìn)出風(fēng)口最好與阻擋物有40mm的距離，如果有空間限制,，也應(yīng)至少有20mm,。

     選擇風(fēng)扇一般以風(fēng)扇進(jìn)出口風(fēng)溫的大小作為限制條件。對于抽風(fēng)的情況,，由于風(fēng)扇抽出的是熱風(fēng),，對風(fēng)扇的壽命將產(chǎn)生嚴(yán)重的影響。對風(fēng)扇廠家,，一般均以60℃作為標(biāo)定風(fēng)扇壽命MTBF的條件,，如果風(fēng)扇應(yīng)用的環(huán)境溫度高于60℃，則溫度每升高5℃,，風(fēng)扇壽命下降一半,。

    考慮采用抽風(fēng)還是吹風(fēng)方式時，可以參考下表的吹風(fēng)與抽風(fēng)方式對比,。

      箱體內(nèi)模組的散熱設(shè)計,，也是需要考慮的。不良的散熱設(shè)計,，會使顯示效果不佳,，出現(xiàn)色斑情況。在pcb上放置發(fā)熱元器件時,，盡量考慮熱量的均勻分布,，不要將發(fā)熱多的元器件聚集在PCB的某個局部。

下圖為散熱設(shè)計的流程圖,。

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