بخشی از مقاله
چکیده
به دلیل بازده انرژی بالا و کیفیت مطلوب، دیودهای منتشر کننده نور، - LED - نقش مهمی در صنعت نورپردازی - روشنایی و نور هنری - دارند. یکی از ابعاد گسترده ی استفاده از LED ها در طراحی داخلی ساختمان ها است. در طراحی های داخلی مدرن امروزی، علاوه بر جنبه های هنری، انتظار می رود شیوه ی نورپردازی به گونه ای باشد که در شرایط مختلف بتوان کیفیت روشنایی مطلوب را از لحاظ آرامش و کارایی بصری تامین کرد. به عنوان مثال در یک اتاق نشیمن موقعیت هایی چون مهمانی های کوچک، مهمانی های بزرگ، تماشای تلویزیون و مطالعه را باید در نظر گرفت که روشنایی مطلوب در هر یک از این کاربردها حتی با توجه به روحیه افراد ساکن در آن محل می تواند متفاوت باشد.
بدین منظور، در این مقاله ساختار چراغی پیشنهاد شده است که دارای دو سطح متفاوت درخشندگی است. به این معنی که این چراغ دارای توان نوری بیشتر در قسمت مرکزی و توان نوری کمتر در محیط چراغ است. این چراغ می تواند به صورت بالاتاب یا پایین تاب - و یا نیمه بالاتاب و نیمه پایین تاب - طراحی شود که راه حلی برای استفاده از یک چراغ در کاربردهای متفاوت است.
علاوه بر کاربردهایی که لازم است چراغ داری دو سطح متفاوت از درخشندگی باشد، با استفاده از LED های RGB برای قسمت محیطی چراغ، می توان یک نور رنگی ملایم به یک محیط تجاری و یا محیطی مثل رستوران اضافه کرد. یکی از مسائلی که می تواند در این نوع چراغ مطرح شود، مسائل حرارتی است که در این مقاله بررسی شده است. از آنجا که دو نوع LED با سطح توان و جایگیری متفاوت از هیت سینکی واحد برای دفع حرارت استفاده می کنند، باید مسائل حرارتی در طراحی هیت سینک لحاظ شود.
مقدمه
یکی از ویژگی های چراغ های پنلی ایجاد روشنایی مطلوب با درخشندگی و اثر خیرگی کم است. از این نوع چراغ ها می توان در محیط هایی چون اداره ها، بیمارستان ها و مکان های عمومی - مکان هایی که نیاز به آرامش بصری بیشتری دارند - بهره گرفت.
ساختار اصلی چراغ ها می تواند بر اساس تکنولوژی back-lit یا edge-lit باشد. از مزایای ساختار edge-lit می توان به نازکتر بودن پنل اشاره کرد ولی در پنل های back-lit، پخش نور در سطح نوری یکنواخت تر است و برای پنل ها با وات بیشتر مناسب تر است. شکل شماره - 1 - تفاوت دو ساختار را نشان می دهد . - Sam Johnson, 2015 - در شکل شماره - 2 - الف، قالب و هیت سینک نمونه ساخته شده چراغ پیشنهادی نشان داده شده است. شکل شماره - 2 - ب و ج، چراغ دکوراتیو پیشنهادی را با دو رنگ متفاوت لبه ای نشان می دهد.
در چراغ دکوراتیو پیشنهادی از ساختار لبه ای یا edge-lit برای پیاده سازی بخش با درخشندگی کم و از ساختار back-lit برای پیاده سازی بخش با درخشندگی زیاد بهره گرفته شده است. در شکل شماره - 3 - ، قسمتهای مختلف چراغ پیشنهادی نامگذاری شده اند.
شکل شماره . - 1 - ساختار چراغ های پنلی - الف - ساختار back-lit - ب - ساختار edge-lit
شکل شماره . - 2 - چراغ دکوراتیو دو منظوره - الف - قالب و هیت سینک - ب - طیف رنگ ترکیبی - ج - طیف رنگ آبی.
- ب - شکل شماره . - 3 - چراغ دکوراتیو پیشنهادی - الف - دید از پهلو با برش مقطعی پنل هدایت کننده - ب - دید از پایین
در شکل شماره - 3 - الف، پنل هدایت کننده یک برش فرضی مقطعی خورده تا درون چراغ ترسیم شود. LED های لبه ای بر روی یک حلقه سوار شده اند که در واقع این حلقه دورتادور صفحه توان بالای LED است. همانطور که در شکل شماره - 3 - ب، نشان داده شده است، صفحه LED، با توان دلخواه در مرکز چراغ قرار می گیرد. برای یکنواخت کردن نور آن می توان مشابه شکل شماره - 1 - ، دیفیوزر بر روی آن قرار داد. انتخاب نوع دیفیوزر با توجه به معیارهای مختلف صورت می پذیرد - . - Ching-Cherng Sun, March 2010 این نوع چراغ می تواند به صورت آویز یا دیواری مورد استفاده قرار گیرد. شکل شماره - 4 - نحوه قرارگیری دیفیوزر با قاب استیل را بر روی قسمت مرکزی چراغ نشان می دهد.
شکل شماره . - 4 - نحوه قرار گرفتن رویه دیفیوزی با قاب استیل
برای زیباسازی چراغ می توان از پنل هدایت کننده مورب نیز استفاده کرد که متناسب با زاویه پنل هدایت کننده، زاویه حلقه نگاه دارنده LED های لبه ای نیز باید تغییر کند تا نور به صورت عمود وارد پنل هدایت کننده شود. از شیشه سندبلاست و یا پلگسی با رویه حکاکی نیز می توان به عنوان پنل هدایت کننده نور - با پذیرفتن اندکی غیریکنواختی در پخش نور - استفاده کرد. شکل شماره - 5 - ، پنل هدایت کننده مورب را که یک برش فرضی مقطعی خورده است نشان می دهد.
شکل شماره . - 5 - چراغ دو منظوره دکوراتیو با پنل هدایت کننده مورب
طراحی هیت سینک در چراغ دو منظوره
چراغ های LED و نیز تکنولوژی مشابه آن چراغهای - Chip On Board - COB نسبت به حرارت بسیار حساس بوده و اگر گرمای تولید شده از منبع نوری از آن خارج نشود، این دما سبب سوختن و یا آسیب دیدن چراغ شده و یا باعث کاهش طول عمر چراغ خواهد شد. بدین منظور انواع هیت سینک ها برای دفع حرارت و محدود کردن دمای منبع نوری استفاده می شود. طراحی هیت سینک مناسب برای یک چراغ حائز اهمیت است
هیت سینک باید به گونه ای طراحی شود که در بدترین شرایط دمایی، دمای پیوند P_N داخل LED کمتر از دمای ماکزیمم قابل تحمل برای جانکشن باشد. در کاتالوگ LED ها به دمای ماکزیمم جانکشن اشاره شده است که این دما نامیده می شود. همچنین طراحی بهینه هیت سینک باعث کاهش حجم هیت سینک و نیز کاهش هزینه و وزن چراغ می شود. در این مقاله به انواع هیت سینک مورد استفاده برای چراغ ها و نیز فرآیند طراحی آن اشاره می شود.
· کلیات طراحی هیت سینک
با توجه به ساختار چراغ و نوع کاربرد، شکل فیزیکی هیت سینک انتخاب می شود. شکل فیزیکی هیت سینک معمولا استوانه ای یا مکعبی است. در شکل شماره - 6 - ، دو نوع هیت سینک استوانه ای از شرکت Mechatronix نشان داده شده است.
