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      LED显示屏是怎么散热的呢?

      日期:2021年10月12日     信息来源:拓升光电
      LED显示屏是怎么散热的呢?热量传递的两个基本规律:热量是从高温区流向低温区、高温区发出的热量等于低温区吸收的热量。 热量的传递有三种基本方式:导热、对流和辐射。
      导热:气体导热是由气体分子不规则运动时互相碰撞的结果。金属导体中的导热主要靠自由电子的运动来完成。非导电固体中的导热是通过晶格结构的振动实现的。液体中的导热机理主要靠弹性波的作用。 对流:指流体各部分之间发生相对位移时所引起的热量传递过程。对流仅发生在流体中,且必然伴随着有导热现象。流体流过某物体表面时所发生的热交换过程,称为对流换热。由流体冷热各部分的密度不同所引起的对流称自然对流。若流体的运动由外力(风扇等)引起的,则称为强迫对流。
      辐射:物体以电磁波形式传递能力的过程称为热辐射。辐射能在真空中传递能量,且有能量形式的转换,即热能转换为辐射能及辐射能转换成热能。
      选择散热方式时,应考虑下列因素:LED显示屏的热流密度、体积功率密度、总功耗、表面积、体积、工作环境条件(温度、湿度、气压、尘埃等)等。
      按传热机理,有自然冷却、强迫空气冷却、直接液体冷却、蒸发冷却、热电致冷、热管传热等散热方式。
      常见的几种散热方法对比如下:
      自然冷却强迫空气冷却直接液体冷却蒸发冷却
      散热能力W/cm(温升为40℃时)0.040.30.61.1
      实现容易较容易较困难困难
      重量或体积高中低低
      噪音或振动无高低低
      功耗无高低低
      费用低中高高
      维修性容易较容易较困难困难
      从上表可看出,自然冷却的散热效果比较小,蒸发冷却的散热效果比较大。人体出汗降温,用的就是蒸发冷却的散热方法。
      二、LED显示屏的散热设计方法
      从实际应用中可知,目前led显示屏内部发热比较多,发热较多的电子零部件为:LED、驱动IC、开关电源。因此,需要对led显示屏进行散热设计,在热源与外部环境之间提供一条低热阻通路,保证热量顺利传递出去。
      物体温度低于1800℃时,有意义的热辐射波长位于0.38~100μm之间,且大部分能量位于红外波段0.76~20μm范围内,在可见光波段内,热辐射能量比重并不大。因此,LED显示屏内部可以随意涂敷各种颜色。太阳光直射的led显示屏外部,需涂覆成浅色,避免可见光吸收。 从LED显示屏的使用情况考虑,租赁屏、户内固定安装屏多用自然冷却散热的方法,户外固定安装屏多用强迫空气冷却散热的方法。
      户外固定安装LED显示屏,在整个屏幕安装时,就要考虑散热设计。受安装地点的限制,随着LED显示屏功耗的降低,越来越多的客户将LED显示屏在户外裸装,同时没有其他的辅助散热措施。对LED显示屏大屏幕来说,只有自然冷却散热的方式,散热能力比较差。因此,LED显示屏箱体的散热设计显得尤为重要。从LED显示屏箱体使用可靠性、维护成本等多个角度综合考虑,用风扇进行强迫对流冷却散热,是比较好的散热方式。
      发热电子零部件与冷风的热交换面积,发热电子零部件与冷风的温度差,直接影响散热效果。这就涉及进入led显示屏箱体的风量大小设计,风道的设计。通风管道设计时,尽量采用直管道输送空气,避免采用急剧拐弯和弯曲的管道。通风管道应避免骤然扩展或骤然收缩。扩展的张角不要超过20,收缩的锥角不要大于60。通风管道应尽量密封,所有搭接都应顺着流动方向。
      LED显示屏箱体设计时,有几点需注意:进气孔应设置在箱体下侧,但不要过低,以免污物和水进入安装在地面的箱体内。排气孔应设置在靠近箱体的上侧。空气应自箱体下方向上方循环,应采用专用的进气孔或排气孔。应使冷却空气从发热电子零部件中流过,同时需防止气流短路。进气孔、出气处需设置过滤网,以防杂物进入箱体。设计时应使自然对流有助于强迫对流。设计时需确保进气口与排气口远离。要避免重复使用冷却空气。考虑到空气受热体积膨胀的因素,出风口面积应为进风口面积的1.5倍-2倍。开关电源等发热较大的电子零部件,应尽量靠近进风口。要保证散热器齿槽方向与风向平行,散热器齿槽不能阻挡风路。
      风扇安装在系统中,由于结构限制,进风口和出风口常常会受到各种阻挡,其性能曲线会发生变化。根据实际经验,风扇的进出风口与阻挡物有40mm的距离,如果有空间限制,也应至少有20mm。
      选择风扇一般以风扇进出口风温的大小作为限制条件。对于抽风的情况,由于风扇抽出的是热风,对风扇的寿命将产生严重的影响。对风扇厂家,一般均以60℃作为标定风扇寿命MTBF的条件,如果风扇应用的环境温度高于60℃,则温度每升高5℃,风扇寿命下降一半。
      考虑采用抽风还是吹风方式时,可以参考下表的吹风与抽风方式对比。
      1、送风不均匀,吹风有一定的方向性,局部换热强烈,适用于发热器件比较集中的情况。送风均匀,适用于发热器件分布比较均匀,风道比较复杂的情况。
      2、风扇出口附近气流主要为紊流流动进入风扇的流动主要为层流状态。
      3、风扇工作在较低的空气温度下,风扇寿命较长。风扇在出风口高温下气流工作,寿命会受影响。 4、吹风时在箱体内形成正压,可以防止缝隙中的灰尘进入箱体。机柜内形成负压,缝隙中的灰尘会进入箱体内。
      箱体内模组的散热设计,也是需要考虑的。不良的散热设计,会使显示效果不佳,出现色斑情况。在PCB上放置发热元器件时,尽量考虑热量的均匀分布,不要将发热多的元器件聚集在PCB的某个局部。
      三、结论
      高温对LED显示屏的可靠性影响较大,需要做散热设计。户外固定安装的LED显示屏,需从大屏幕的散热设计开始,再进行箱体的散热设计、模组的散热设计。散热设计,需要先做方案,计算无问题后再做原型机测试验证。测试验证无问题的led显示屏,才会在实际工作中不出现高温问题。
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