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湖南戶外LED顯示屏散熱知識及方法

2020-04-11

       高溫會導致電子元器件的失效概率迅速加大,從而導致led顯示屏的可靠度下降。為了控制湖南戶外led顯示屏內部電子元器件的溫度,使其在led顯示屏所處的工作環境條件下,不超過規定的最高允許溫度,需要進行led顯示屏的散熱設計。led顯示屏的散熱設計,怎樣才能低成本、高質量,是本文探討的內容。

  一、散熱設計的相關知識

  熱量傳遞的兩個基本規律:熱量是從高溫區流向低溫區;高溫區發出的熱量等于低溫區吸收的熱量。

  熱量的傳遞有三種基本方式:導熱、對流和輻射。

  導熱:氣體導熱是由氣體分子不規則運動時互相碰撞的結果。金屬導體中的導熱主要靠自由電子的運動來完成。非導電固體中的導熱是通過晶格結構的振動實現的。液體中的導熱機理主要靠彈性波的作用。 

  對流:指流體各部分之間發生相對位移時所引起的熱量傳遞過程。對流僅發生在流體中,且必然伴隨著有導熱現象。流體流過某物體表面時所發生的熱交換過程,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。若流體的運動由外力(風扇等)引起的,則稱為強迫對流。

  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,且有能量形式的轉換,即熱能轉換為輻射能及輻射能轉換成熱能。 

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

  按傳熱機理,有自然冷卻、強迫空氣冷卻、直接液體冷卻;蒸發冷卻;熱電致冷;熱管傳熱等散熱方式。

  二、湖南戶外led顯示屏的散熱設計方法

  從實際應用中可知,目前led顯示屏內部發熱比較多,發熱較多的電子零部件為:LED、驅動IC、開關電源。因此,需要對led顯示屏進行散熱設計,在熱源與外部環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,在可見光波段內,熱輻射能量比重并不大。因此,led顯示屏內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,就要考慮散熱設計。受安裝地點的限制,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計顯得尤為重要。從led顯示屏箱體使用可靠性、維護成本等多個角度綜合考慮,用風扇進行強迫對流冷卻散熱,是比較好的散熱方式。

  發熱電子零部件與冷風的熱交換面積,發熱電子零部件與冷風的溫度差,直接影響散熱效果。這就涉及進入led顯示屏箱體的風量大小設計,風道的設計。通風管道設計時,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。通風管道應避免驟然擴展或驟然收縮。擴展的張角不要超過20o,收縮的錐角不要大于60o。通風管道應盡量密封,所有搭接都應順著流動方向。

  湖南戶外led顯示屏箱體設計時,有幾點需注意:進氣孔應設置在箱體下側,但不要過低,以免污物和水進入安裝在地面的箱體內。排氣孔應設置在靠近箱體的上側??諝鈶韵潴w下方向上方循環,應采用專用的進氣孔或排氣孔。應使冷卻空氣從發熱電子零部件中流過,同時需防止氣流短路。進氣孔、出氣處需設置過濾網,以防雜物進入箱體。設計時應使自然對流有助于強迫對流。設計時需確保進氣口與排氣口遠離。要避免重復使用冷卻空氣??紤]到空氣受熱體積膨脹的因素,出風口面積應為進風口面積的1.5倍-2倍。開關電源等發熱較大的電子零部件,應盡量靠近進風口。要保證散熱器齒槽方向與風向平行,散熱器齒槽不能阻擋風路。

  風扇安裝在系統中,由于結構限制,進風口和出風口常常會受到各種阻擋,其性能曲線會發生變化。根據實際經驗,風扇的進出風口最好與阻擋物有40mm的距離,如果有空間限制,也應至少有20mm。

  選擇風扇一般以風扇進出口風溫的大小作為限制條件。對于抽風的情況,由于風扇抽出的是熱風,對風扇的壽命將產生嚴重的影響。對風扇廠家,一般均以60℃作為標定風扇壽命MTBF的條件,如果風扇應用的環境溫度高于60℃,則溫度每升高5℃,風扇壽命下降一半。

  送風不均勻,吹風有一定的方向性,局部換熱強烈,適用于發熱器件比較集中的情況。

  送風均勻,適用于發熱器件分布比較均勻,風道比較復雜的情況。

  風扇出口附近氣流主要為紊流流動 

  進入風扇的流動主要為層流狀態。

  風扇工作在較低的空氣溫度下,風扇壽命較長。

  風扇在出風口高溫下氣流工作,壽命會受影響。

  吹風時在箱體內形成正壓,可以防止縫隙中的灰塵進入箱體。

  機柜內形成負壓,縫隙中的灰塵會進入箱體內。

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

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