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1、LED 显示屏的散热设计艾比森光电股份 贺焱高温会导致电子元器件的失效概率快速加大，从而导致LED 显示屏的牢靠度下降。为了把握LED 显示屏内部电子元器件的温度，使其在 LED 显示屏所处的工作环境条件下，不超过规定的最高允许温度，需要进展LED 显示屏的散热设计。LED 显示屏的散热设计，怎样才能低本钱、高质量，是本文探讨的内容。一、散热设计的相关学问热量传递的两个根本规律：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取的热量。热量的传递有三种根本方式：导热、对流和辐射。导热：气体导热是由气体分子不规章运动时相互碰撞的结果。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
2、的导热是通过晶格构造的振动实现的。液体中的导热机理主要靠弹性波的作用。对流：指流体各局部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，且必定伴随着有导热现象。流体流过某物体外表时所发生的热交换过程，称为对流换热。由流体冷热各局部的密度不同所引起的对流称自然对流。假设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力气的过程称为热辐射。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，应考虑以下因素：LED 显示屏的热流密度、体积功率密度、总功耗、外表积、体积、工作环境条件温度、湿度、气压、尘埃等等。按传热机理
3、，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比照方下：自然冷却强迫空气冷却直接液体冷却蒸发冷却散热力气W/cm温升为 40时0.040.30.61.1实现简洁较简洁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修理性简洁较简洁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 显示屏进展散热
4、设计，在热源与外部环境之间供给一条低热阻通路，保证热量顺当传递出去。物体温度低于 1800时，有意义的热辐射波长位于0.38100 m 之间，且大局部能量位于红外波段 0.7620 m 范围内，在可见光波段内，热辐射能量比重并不大。因此，LED 显示屏内部可以任凭涂敷各种颜色。太阳光直射的 LED 显示屏外部，需涂覆成浅色，避开可见光吸取。从 LED 显示屏的使用状况考虑，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 L
5、ED 显示屏在户外裸装，同时没有其他的关心散热措施。对LED 显示屏大屏幕来说，只有自然冷却散热的方式，散热力气比较差。因此，LED 显示屏箱体的散热设计显得尤为重要。从LED 显示屏箱体使用牢靠性、维护本钱等多个角度综合考虑，用风扇进展强迫对流冷却散热，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，尽量承受直管道输送空气，避开承受急剧拐弯和弯曲的管道。通风管道应避开突然扩展或突然收缩。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，全部
6、搭接都应顺着流淌方向。LED 显示屏箱体设计时，有几点需留意：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，应承受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。要避开重复使用冷却空气。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。
7、风扇安装在系统中，由于构造限制，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。依据实际阅历，风扇的进出风口最好与阻挡物有40mm 的距离，假设有空间限制，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。对于抽风的状况，由于风扇抽出的是热风，对风扇的寿命将产生严峻的影响。对风扇厂家，一般均以60作为标定风扇寿命MTBF 的条件，假设风扇应用的环境温度高于 60，则温度每上升 5，风扇寿命下降一半。考虑承受抽风还是吹风方式时，可以参考下表的吹风与抽风方式比照。序号吹风方式抽风方式1送风不均匀，吹风有确定的方向性，局 送风均匀，适用于发热器件分布比较均匀，部换热猛烈，
8、适用于发热器件比较集中 风道比较简洁的状况。的状况。2风扇出口四周气流主要为紊流流淌进入风扇的流淌主要为层流状态。3风扇工作在较低的空气温度下，风扇寿 风扇在出风口高温下气流工作，寿命会受命较长。影响。4吹风时在箱体内形成正压，可以防止缝 机柜内形成负压，缝隙中的灰尘会进入箱隙中的灰尘进入箱体。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，消灭色斑状况。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拢在PCB 的某个局部。以以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
9、散热设计。上面的图片，为艾比森光电股份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 12023nit，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。综合散热本钱、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/ C 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)； ：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，依据上面的公式，可以知道，假设要保证LED 显示屏箱体内部空气温度不超过tn， 降温系统需要输
10、入冷空气的进风量为Wr/ C tn- tlm3/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格外小，将 W 考虑为空气强迫冷却散热量。准确计算 LED 显示屏的内部发热量，在工程上不太简洁实现，通常承受估算法。由阅历可知：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。通常状况下，LED 显示屏中，LED 光源的发热量占整屏发热量约 45%、驱动局部发热占整屏发热量约50%、把握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
11、虑到最不利的气候条件，确定C=0.7 kJ/(kg)、=0.7 kg/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。依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=0.031 m3/s再来计算风扇处开口面积及风扇选型。依据安装地点的状况，承受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 0.023 m3/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。试验温度记录表单位，
12、试验条件：40高温房，亮度 12023nit，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44.5R 灯驱动IC 温度81G 灯驱动IC 温度86.8B 灯驱动IC 温度79.4R 灯 温度82G 灯 温度87.8B 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 显示屏的牢靠性影响较大，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头，再进展箱体的散热设计、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消灭高温问题。