LED显示屏的散热设计
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。
下图为散热设计的流程图
三、LED显示屏散热设计实例
下面以实际安装的户外固定安装LED显示屏为例来探讨散热设计。
上面的图片,为艾比森光电股份有限公司在国外实际安装的户外固定安装LED显示屏,型号为A1688,亮度为12000nit,最大功率为1150W。 LED显示屏大屏幕的散热方式为自然冷却散热。综合散热成本、质量考虑,LED显示屏箱体的散热方式为风扇空气强迫致冷散热。
先来计算空气对流量,计算公式为L=Wr/(Cρ(tn-tl))
L:空气对流量,m3/s;Wr:空气强迫冷却散热量;C:空气的比热容,kJ/(kg℃);ρ:空气的密度,kg/m3;tn:箱体内部温度,℃;tl:降温系统输入的冷空气温度,℃
根据上面的公式,可以知道,如果要保证LED显示屏箱体内部空气温度不超过tn℃,降温系统需要输入冷空气的进风量为Wr/(Cρ(tn-tl))m3/s。
假设LED显示屏箱体需要散热的热量为W,考虑到自然冷却散热、辐射散热在箱体的整个散热过程中起到的作用非常小,将W考虑为空气强迫冷却散热量。精确计算LED显示屏的内部发热量,在工程上不太容易实现,通常采用估算法。由经验可知:在以最大亮度播放静止白色画面时,A1688发热功率约为300W,即Wr=0.3KW。通常情况下,LED显示屏中,LED光源的发热量占整屏发热量约45%、驱动部分发热占整屏发热量约50%、控制器及连接线等占整屏发热量约5%。
空气的比热容、空气的密度,与空气的温度、湿度、压力有关。查当地的历史气候数据,考虑到最不利的气候条件,确定C=0.7kJ/(kg℃)、ρ=0.7kg/m3。
箱体内部温度tn,是指箱体内的最高空气温度,通常在箱体的上部。查开关电源、驱动IC等电子零部件的规格书,确定tn为60℃。
根据当地气候资料及安装特点,确定降温系统输入的冷空气温度tl为40℃。
L=0.3/(0.7*0.7*(60-40))=0.031m3/s
再来计算风扇处开口面积及风扇选型。
根据安装地点的情况,采用通过风扇鼓风的散热方式。
选用公司常用的风扇,风量为50CFM,换算为0.023m3/s。因此,选用两个风扇鼓风。
箱体后面的设计见上图。
设计完成后,需要实际测试验证。测试结果见下表。
实验温度记录表(单位℃,实验条件:40℃高温房,亮度12000nit,全白静止画面)
最高温度
鼓风口空气温度40.5
出风口空气温度58.3
开关电源1温度66.1
开关电源2温度66.3
接收卡温度44.5
R灯驱动IC温度81
G灯驱动IC温度86.8
B灯驱动IC温度79.4
R灯温度82
G灯温度87.8
B灯温度79.9
通过良好的散热设计,这块安装在国外的LED显示屏,几年来运转稳定、工作正常。
四、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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