Miks led-tuled vajavad kuumarabandusi?
Valgust kiirgavad dioodid (LED-id) on pooljuhtseadmed, mis muundavad elektrienergia valgusenergiaks, kuid osa elektrienergiast muundatakse soojusenergiaks. Temperatuuri, mille juures soojusenergia led-valgushelmestest PCB plaadile üle kantakse, nimetatakse ristmiku temperatuuriks ning valguse lagunemine või LED-i eluiga on otseselt seotud selle ristmikutemperatuuriga. Kui soojuse hajumine ei ole hea, on ristmiku temperatuur kõrge ja elu lühike. Seetõttu saab LED-tulede temperatuuri tõhusalt vähendada ainult soojusenergia eksportimisega nii kiiresti kui võimalik. Toiteallikat saab kaitsta püsivas kõrgtemperatuuril keskkonnas töötamise eest ja vältida LED-valgusallika enneaegset vananemist pikaajalise kõrge temperatuuriga töö tõttu.
Kuidas led valgustid soojuse vähendamiseks?
Normaalsetes tingimustes on soojusülekandeks kolm võimalust: juhtivus, konvektsioon ja kiirgus. Juhtivus tähendab, et otseses kontaktis olevate objektide vaheline soojus kantakse kõrgema temperatuuriga soojusest madalama temperatuuriga objektile. Konvektsioon edastab soojuse, kasutades vedeliku voolu, samas kui kiirgus ei vaja mingit keskkonda ja küttekeha vabastab soojuse otse ümbritsevasse ruumi.
Praktilistes rakendustes on suure võimsusega LED-valgustite soojuse hajutamise peamine meede kasutada heatsinki. Jahutusradiaator kannab kiibi soojuse jahutusradiaatorisse täpse kontakti kaudu kiibi pinnaga. Heatsink on tavaliselt paljude uimedega soojusjuht. Selle täielikult pikendatud pind suurendab oluliselt soojuskiirgust ja tsirkuleeriv õhk võib ära võtta ka rohkem soojusenergiat.
Sarnaselt kõige põhilisema ohmi seadusega vooluahela arvutamisel on soojuse hajutamise arvutusel kõige elementaarsem valem.
temperatuuride erinevus = soojapidavus * energiatarve
Jahutusradiaatori puhul muutub soojuskatkestuse ja ümbritseva õhu vahelise soojuse vabanemise takistus soojustakistuseks ning soojusradiaatori ja ruumi vahelise soojusvoo suurust esindab kiibi energiatarbimine. Sel viisil tekib soojustakistuse tõttu, kui soojusvool voolab soojuskülmast õhku, soojusradiaatori ja õhu vahel teatud temperatuuri erinevus, nagu ka takistusest läbi voolav vool tekitab pinge. Samamoodi tekib heatsinki ja kiibi pinna vahel teatud soojuskindlus. Soojapidavuse ühik on °C/W. Jahutusradiaatori valimisel lisaks mehaanilistele suuruse kaalutlustele on kõige olulisem parameeter soojuskindluse soojuskindlus. Mida väiksem on soojapidavus, seda tugevam on radiaatori soojuse hajumisvõime.
Järgnev on näide soojustakistuse arvutamisest vooluahela projekteerimisel:
Projekteerimisnõuded:
Kiibi võimsus 18.4w
Kiibi pinnatemperatuuri maksimaalne temperatuur ei tohi ületada 85 °C
Ümbritseva õhu temperatuur (maksimaalselt) 45°C
Soojusradiaatori ja kiibi vaheline soojapidavus on 0,1 °C/W
Vajaliku radiaatori soojustakistuse R arvutamine
(R+0.1)*18w=85°C-45°C, saad R=2°C/W
Ainult siis, kui valitud jahutusradiaatori soojapidavus on väiksem kui 2 °C/W, saame tagada, et kiibi ristmiku temperatuur ei ületaks 85 °C. Loomulikult on professionaalsem mõista täppisarvutust seadmete kaudu, mis on ka see, kuidas me võtame.
milliseid jahutusradiaatoreid?
Lisaks soojuse kiirele juhtimisele soojusallikast kuni jahutusradiaatori ilmumiseni on iga heatsinki peamine asi kiirgada soojust keskkonda konvektsiooni ja kiirguse abil. Soojusjuhtivus tegeleb ainult soojusülekande viisiga ja soojuskonvektsioon on jahutusradiaatori peamine funktsioon. Jahutusradiaatori funktsiooni mõjutab peamiselt soojuse hajumise piirkonna võime, kuju ja loomulik konvektsiooni intensiivsus. Soojuskiirgus on ainult abifunktsioon. Kuna LED-id töötavad suure kuumusega, tuleb kasutada suurema soojusjuhtivusega alumiiniumsulameid. Üldiselt on olemas alumiiniumist jahutusradiaatorid, pressitud alumiiniumist jahutusradiaatorid, valatud alumiiniumist jahutusradiaatorid, külmad või soojusega sepistatud alumiiniumist jahutusradiaatorid.
Alumiiniumist jahutusradiaatorite tembeldamine
Tootmisprotsessi käigus tembeldatakse metallist uimed ja keevitatakse seejärel alusele. Neid kasutatakse tavaliselt väikese võimsusega valgustusrakendustes. Tembeldatud radiaatoril on lihtsa tootmise automatiseerimise ja madalate kulude eelised. Kuid suurim puudus on halb jõudlus.Pressitud alumiiniumist jahutusradiaatorid
Enamik jahutusradiaatoreid on valmistatud pressitud alumiiniumist ja see protsess on kasulik enamiku rakenduste jaoks. See on odav ja võib kergesti määrata spetsifikatsioone. Ekstrudeeritud radiaatorite peamiseks puuduseks on see, et suurust piirab ekstrusiooni maksimaalne laius.Die-casting alumiiniumist jahutusradiaatorid
See on praegu kõige levinum valik, mille soojusjuhtivus on 70-90W / m.K, kõrge soojustõhusus, muutuva kujuga ning lihtne mehhaniseerimine ja automatiseerimine. Valatud alumiiniumist jahutusradiaator piirdub paksemate uimedega, muutes selle ideaalseks looduslike konvektsioonirakenduste jaoks.Külmad või kuumusega sepistatud alumiiniumist jahutusradiaatorid
Sepistatud radiaatorid valmistatakse alumiiniumi või vase kokkusurumisel ja neil on palju rakendusi. Radiaator võib olla külm sepistatud või kuum sepistatud. Nendel toodetel on hea soojusjuhtivus, palju materjalivalikuid, hea soojuse hajutamise struktuur, väike suurus ja kerge. Kuid nende tootmine on kallis.
Elektrikatkestused BW valgustustootjale
Radiaatori valik sõltub toote iga osa toimimise konkreetsest olukorrast. Need, mida me kõige rohkem kasutame, on valatud alumiiniumist kuumasinikud, led-tänavavalgustuse, led-ala tuled, kõrge lahe led tuled, prožektorid ja seinapakendite seadmed. Mõned päikeseenergia kerged tooted kasutavad valatud alumiiniumi ja mõned kasutavad pressitud alumiiniumradiaatoreid. Led staadioni tuled on suhteliselt suure võimsusega ja suure soojuse hajutamise nõuded, nii et valitakse külma sepistatud alumiiniumist heatsinks.
