Dlaczego diody led potrzebują radiatorów?
Diody elektroluminescencyjne (LED) to urządzenia półprzewodnikowe, które przekształcają energię elektryczną w energię świetlną, ale część energii elektrycznej jest przekształcana w energię cieplną. Temperatura, w której energia cieplna jest przekazywana z kulek świetlnych LED do płytki PCB, nazywana jest temperaturą złącza, a zanik światła lub żywotność diody LED jest bezpośrednio związana z temperaturą złącza. Jeśli rozpraszanie ciepła nie jest dobre, temperatura złącza będzie wysoka, a żywotność będzie krótka. Dlatego tylko poprzez jak najszybsze wyeksportowanie energii cieplnej można skutecznie obniżyć temperaturę lamp LED. Zasilacz można chronić przed działaniem w utrzymujących się warunkach wysokiej-temperatury i zapobiegać przedwczesnemu starzeniu się źródła światła LED z powodu długotrwałej-pracy w wysokiej-temperaturze.
W jaki sposób oprawy ledowe redukują ciepło?
W normalnych warunkach istnieją trzy sposoby wymiany ciepła: przewodzenie, konwekcja i promieniowanie. Przewodzenie oznacza, że ciepło pomiędzy obiektami w bezpośrednim kontakcie jest przekazywane z obiektu o wyższej temperaturze do obiektu o niższej temperaturze. Konwekcja przenosi ciepło z wykorzystaniem przepływu płynu, podczas gdy promieniowanie nie wymaga żadnego medium, a obiekt grzewczy oddaje ciepło bezpośrednio do otaczającej przestrzeni.
W praktycznych zastosowaniach głównym sposobem rozpraszania ciepła przez oprawy oświetleniowe LED o dużej mocy-jest zastosowanie radiatora. Radiator przekazuje ciepło chipa do radiatora poprzez precyzyjny kontakt z powierzchnią chipa. Radiator jest zwykle przewodnikiem ciepła z wieloma żebrami. Jego w pełni rozciągnięta powierzchnia znacznie zwiększa promieniowanie cieplne, a cyrkulujące powietrze może również odbierać więcej energii cieplnej.
Podobnie jak w przypadku najbardziej podstawowego prawa Ohma w obliczeniach obwodów, obliczenia rozpraszania ciepła mają najbardziej podstawowy wzór
różnica temperatur=rezystancja termiczna * pobór mocy
W przypadku radiatora opór wydzielania ciepła pomiędzy radiatorem a otaczającym powietrzem staje się oporem termicznym, a wielkość przepływu ciepła pomiędzy radiatorem a przestrzenią jest reprezentowana przez pobór mocy chipa. W ten sposób, ze względu na opór cieplny, gdy ciepło przepływa z radiatora do powietrza, powstaje pewna różnica temperatur pomiędzy radiatorem a powietrzem, podobnie jak prąd przepływający przez rezystor będzie generował napięcie. Podobnie wystąpi pewien opór cieplny pomiędzy radiatorem a powierzchnią chipa. Jednostką oporu cieplnego jest stopień /W. Przy wyborze radiatora poza względami mechanicznymi wielkości najważniejszym parametrem jest opór cieplny radiatora. Im mniejszy opór cieplny, tym większa zdolność radiatora do rozpraszania ciepła.
Poniżej przedstawiono przykład obliczenia rezystancji termicznej w projekcie obwodu:
Wymagania projektowe:
Moc chipa 18,4 w
Maksymalna temperatura temperatury powierzchni chipa nie może przekraczać 85 stopni;
Temperatura otoczenia (maksymalna) 45 stopni
Opór cieplny między radiatorem a chipem wynosi 0,1 stopnia /W
Oblicz opór cieplny R wymaganego grzejnika
(R plus 0.1)*18w=85 stopień -45 stopni, uzyskaj R=2 stopień /W
Tylko wtedy, gdy opór cieplny wybranego radiatora jest mniejszy niż 2 stopnie/W, możemy zapewnić, że temperatura złącza chipa nie przekroczy 85 stopni. Oczywiście bardziej profesjonalnie jest realizować precyzyjne obliczenia za pomocą sprzętu, co również stosujemy.
jakie rodzaje radiatorów?
Oprócz szybkiego przewodzenia ciepła ze źródła ciepła do wyglądu radiatora, najważniejszą rzeczą w każdym radiatorze jest wypromieniowywanie ciepła do otoczenia poprzez konwekcję i promieniowanie. Przewodzenie ciepła dotyczy tylko sposobu wymiany ciepła, a konwekcja ciepła jest główną funkcją radiatora. Na funkcję radiatora wpływa głównie zdolność obszaru rozpraszania ciepła, kształt i naturalna intensywność konwekcji. Promieniowanie cieplne jest tylko funkcją pomocniczą. Ponieważ diody LED pracują z wysoką temperaturą, należy stosować stopy aluminium o wyższej przewodności cieplnej. Ogólnie rzecz biorąc, są to aluminiowe radiatory wytłaczane, radiatory z wytłaczanego aluminium, radiatory z odlewanego aluminium-, radiatory z aluminium kutego na zimno lub na gorąco.
Tłoczenie aluminiowych radiatorów
Podczas procesu produkcyjnego metalowe lamele są tłoczone, a następnie przyspawane do podstawy. Są one powszechnie używane w zastosowaniach oświetleniowych o niskim-mocy. Grzejnik tłoczony ma zalety łatwej automatyzacji produkcji i niskich kosztów. Ale największą wadą jest słaba wydajność.Radiatory z wytłaczanego aluminium
Większość radiatorów jest wykonana z wytłaczanego aluminium, a proces ten jest przydatny w większości zastosowań. Jest niedrogi i może łatwo określić specyfikacje. Główną wadą grzejników ekstrudowanych jest to, że rozmiar ograniczony jest maksymalną szerokością wytłoczenia.Die-odlewane aluminiowe radiatory
Jest to obecnie najczęstszy wybór, z przewodnością cieplną 70-90W/mK, wysoką sprawnością cieplną, zmiennymi kształtami oraz łatwą mechanizacją i automatyzacją. Radiator z odlewanego ciśnieniowo aluminium jest ograniczony do grubszych żeber, dzięki czemu idealnie nadaje się do zastosowań z konwekcją naturalną.Aluminiowe radiatory kute na zimno lub na gorąco
Grzejniki kute są wytwarzane przez prasowanie aluminium lub miedzi i mają wiele zastosowań. Grzejnik może być kuty na zimno lub kuty na gorąco. Produkty te mają dobrą przewodność cieplną, duży wybór materiałów, dobrą strukturę rozpraszania ciepła, małe rozmiary i lekkość. Są jednak drogie w produkcji.
Radiatory dla producenta oświetlenia BW
Wybór grzejnika zależy od konkretnej sytuacji wykonania każdej części produktu. Najczęściej używamy radiatorów z odlewanego aluminium-do oświetlenia ulicznego LED, oświetlenia obszarowego LED, oświetlenia typu high bay, reflektorów i osprzętu ściennego. Niektóre produkty do oświetlenia słonecznego wykorzystują odlewany-aluminium, a niektóre wykorzystują grzejniki z wytłaczanego aluminium. Oświetlenie stadionowe LED ma stosunkowo wysokie wymagania dotyczące mocy i rozpraszania ciepła, dlatego wybierane są radiatory z kutego na zimno-aluminium.
