Aktiv kylning i kraftfulla och kompakta LED-belysningar

Foto: Fotolia/panupong
LED-teknologin har gett belysningsbranschen ett uppsving samtidigt som kraven ökar på belysnings-systemen. Detta gäller inte minst vid användning i kommersiella och offentliga sammanhang som exempelvis på idrottsarenor, teatrar, muséer och i gatubelysning. LED-lampor måste i dessa miljöer svara upp mot höga krav på tillförlitlighet, livslängd och effektivitet samtidigt som de ofta ska ha en kompakt design. Ett par av de största fördelarna med LED är låg energiförbrukning kombinerat med stora möjlighet att styra belysningen. Samtidigt innebär tekniken en stor utmaning när det gäller att effektiv avlägsna den spillvärme som LED-lamporna alstrar. Spillvärmen kan avlägsnas med speciella LED-kylmoduler med ett aktivt luftflöde. Den aktiva kylningen eliminerar de problem som spillvärmen kan orsaka. Tekniken ger också fördelar som exempelvis mer kompakta belysningssystem, nya designmöjligheter och minskat underhållsbehov då LED-lamporna får en längre livslängd.

ebm-papst har utvecklat ett program med aktiva och kompakta kylmoduler för kraftfulla LED-belysningar


CoB ett nytt LED-begrepp
Att välja rätt ljuskälla till ett visst användningsområde är inte alltid lätt. Det är också därför det finns belysningsspecifikationer, men trots dessa kan det vara svårt även för experter att välja rätt och dimensionera belysningssystem så att de uppfyller kraven i olika miljöer. Det idealiska vore om en LED-belysning vore universell och klarade av en mängd olika applikationer. Därför är också intresset stort för de nya CoB-lampor som lanserats på marknaden. CoB, Chip on Board, kan beskrivas som ett kluster av dioder som packats samman på ett kretskort. Detta gör att ytan med lysdioder kan ökas och att man därigenom får ut mer ljus ur dioden. Designen av CoB-dioder gör dessutom att det blir enklare att leda bort värmen som byggs upp och därmed kan också effekten och ljusstyrkan ökas. Trots detta krävs det en aktiv och riktad kylning och det är också därför ebm-papst har utvecklat en rad aktiva och kompakta kylmoduler. Modulerna är mycket kompakta och hjälper belysnings-företagen att designa och utveckla nya generationer av högpresterande LED-belysningar.

Skulle det inträffa att ett belysningssystem med CoB-teknik konstrueras utan tillräckligt bra kylning finns risk för en avsevärt kortad livslängd och en reducerad ljusstyrka. För att kyleffekten ska bli tillräcklig krävs det att hänsyn tas till ett antal faktorer vid val och anpassning av en kyllösning. Används passiv kylning med kylflänsar kräver en sådan lösning relativt stora konstruktioner vilket motverkar tanken med LED-belysningar som ofta måste vara kompakta. Det är också mycket svårt att med passiv kylning få en tillräckligt bra värmeavledande effekt. Det enda verkligt effektiva alternativet blir därför som regel ett aktivt kylningskoncept.

Komplett enhet för aktiv kylning
En viktig funktion hos den aktiva kylningen är den riktade lufttillförseln till kylflänsen. Tvingad konvektion, eller mer specifikt turbulent flöde, genereras mot kylflänsen vilket avsevärt förbättrar värmeöverföringen från den luft som omger en LED-lampa. Med en fläkt som åstadkommer ett luftflöde kan kyleffekten förbättras upp till sex gånger jämfört med traditionella lösningar för passiv kylning. Experter hos ebm-papst i Georgien som är specialiserade på kylning av känslig elektronik har konstruerat en komplett och liten enhet med både fläkt och kylflänsar. Enheten har låg vikt och möjliggör konstruktion av mycket kompakta LED-belysningar. En viktig fördel med det effektiva luftflöde som enheten möjliggör är att det även förhindrar att damm och smuts fastnar på en LED-lampa.

Kylmoduler ska vara tysta och ha lång livslängd
De ständigt föränderliga kraven på moderna belysningssystem med LED-teknik kräver att man optimerar lösningar för kylning i simuleringsprogram där beräkningar kan utföras med materialspecifika, aerodynamiska och drivspecifika detaljer. Denna typ av program använder ebm-papst vilket också gör att nya och effektiva kylmoduler kan konstrueras och som kräver minimalt utrymme. De nya kylmoduler som utvecklats är upp till sex gånger mindre jämfört med lösningar för passiv kylning. Ytterligare fördelar med ebm-papst kyllösningar är mycket låg ljudnivå och lång livslängd. De flesta kan människor kan uppfatta ljud från en nivå på cirka 12 dB (A). ebm-papst kylmoduler har en ljudnivå på mellan 7 och 19 dB (A) vilket kan jämföras med andra kylenheter på marknaden där ljudnivåerna ligger från 18 dB (A) uppåt.

Kylmodulernas strömförbrukning är mellan 0,18 och 1,1 W vid 12 VDC. ebm-papst runda och kvadratiska kompakta kylmoduler finns med olika diametrar och längder som inkluderar 40, 50, 60, 80, 92 eller 119 mm och meden total höjd av 10-25 mm. De finns också i versioner som ger ett vinklat luftflöde (90 °) och här är dimensionerna 51, 76 eller 97 mm och höjden 15 till 33 mm. Eftersom kylmodulerna har utvecklats för underhållsfri användning är livslängden jämförbar med den hos CoB-ljuskällor. Vid 40° C är livslängden cirka 87 500 till 97 500 timmar dvs omkring 10 år. Vid en omgivningstemperatur på 20° C fördubblas livslängden och kan ofta överstiga den för själva lysdioden.