Prečo LED svetlá potrebujú chladiče?
Svetlo-diódy (LED) sú polovodičové zariadenia, ktoré premieňajú elektrickú energiu na svetelnú energiu, no časť elektrickej energie sa premieňa na tepelnú energiu. Teplota, pri ktorej sa tepelná energia prenáša zo svetelných guľôčok LED na dosku plošných spojov, sa nazýva teplota spojenia a rozpad svetla alebo životnosť LED priamo súvisí s teplotou jej spojenia. Ak odvod tepla nie je dobrý, teplota spoja bude vysoká a životnosť bude krátka. Preto iba čo najrýchlejším exportom tepelnej energie možno efektívne znížiť teplotu LED svetiel. Napájací zdroj možno chrániť pred fungovaním v prostredí s pretrvávajúcou vysokou-teplotou a zabrániť predčasnému starnutiu svetelného zdroja LED v dôsledku dlhodobej-práce pri vysokých-teplotách.
Ako LED svietidlá znižujú teplo?
Za normálnych podmienok existujú tri spôsoby prenosu tepla: vedenie, prúdenie a žiarenie. Vedenie znamená, že teplo medzi predmetmi, ktoré sú v priamom kontakte, sa prenáša z objektu s vyššou teplotou na objekt s nižšou teplotou. Konvekčné prenosy tepla využívajú prúdenie tekutiny, pričom sálanie nevyžaduje žiadne médium a vykurovací objekt uvoľňuje teplo priamo do okolitého priestoru.
V praktických aplikáciách je hlavným meradlom rozptylu tepla vysokovýkonných svietidiel LED{0}} použitie chladiča. Chladič prenáša teplo čipu do chladiča presným kontaktom s povrchom čipu. Chladič je zvyčajne tepelný vodič s mnohými rebrami. Jeho plne rozšírený povrch výrazne zvyšuje tepelné vyžarovanie a cirkulujúci vzduch môže odoberať aj viac tepelnej energie.
Podobne ako najzákladnejší Ohmov zákon vo výpočte obvodu, výpočet rozptylu tepla má najzákladnejší vzorec
teplotný rozdiel=tepelný odpor * spotreba energie
V prípade chladiča sa odpor uvoľňovania tepla medzi chladičom a okolitým vzduchom stáva tepelným odporom a veľkosť toku tepla medzi chladičom a priestorom je reprezentovaná príkonom čipu. Týmto spôsobom v dôsledku tepelného odporu, keď tepelný tok prúdi z chladiča do vzduchu, vzniká určitý teplotný rozdiel medzi chladičom a vzduchom, rovnako ako prúd pretekajúci cez odpor generuje napätie. Podobne bude určitý tepelný odpor medzi chladičom a povrchom čipu. Jednotkou tepelného odporu je stupeň /W. Pri výbere chladiča je okrem mechanických rozmerov najdôležitejším parametrom tepelný odpor chladiča. Čím menší je tepelný odpor, tým väčšia je schopnosť radiátora odvádzať teplo.
Nasleduje príklad výpočtu tepelného odporu pri návrhu obvodu:
Požiadavky na dizajn:
Výkon čipu 18,4W
Maximálna teplota povrchu čipu nesmie prekročiť 85 stupňov
Teplota okolia (maximálna) 45 stupňov
Tepelný odpor medzi chladičom a čipom je 0,1 stupňa /W
Vypočítajte tepelný odpor R požadovaného radiátora
(R plus 0.1)*18w=85 stupeň -45 stupňov, získajte R=2 stupeň /W
Len keď je tepelný odpor zvoleného chladiča menší ako 2 stupne /W, môžeme zabezpečiť, že teplota spoja čipov nepresiahne 85 stupňov. Samozrejme, že je profesionálnejšie realizovať presný výpočet pomocou zariadenia, čo je tiež spôsob, akým sa uberáme.
aké typy chladičov?
Okrem rýchleho vedenia tepla od zdroja tepla k vzhľadu chladiča je hlavnou vecou každého chladiča vyžarovanie tepla do okolia konvekciou a sálaním. Vedenie tepla sa zaoberá iba spôsobom prenosu tepla a konvekcia tepla je hlavnou funkciou chladiča. Funkciu chladiča ovplyvňuje predovšetkým schopnosť plochy odvádzania tepla, tvar a intenzita prirodzenej konvekcie. Tepelné žiarenie je len pomocnou funkciou. Pretože LED diódy pracujú s vysokým teplom, musia sa použiť hliníkové zliatiny s vyššou tepelnou vodivosťou. Vo všeobecnosti existujú chladiče z lisovaného hliníka, chladiče z extrudovaného hliníka, chladiče z-hliníkového odliatku, chladiče z hliníka kované za studena alebo za tepla.
Lisovanie hliníkových chladičov
Počas výrobného procesu sú kovové rebrá vyrazené a následne privarené k základni. Bežne sa používajú v aplikáciách osvetlenia s nízkou spotrebou-. Lisovaný radiátor má výhody jednoduchej automatizácie výroby a nízkej ceny. Ale najväčšou nevýhodou je slabý výkon.Extrudované hliníkové chladiče
Väčšina chladičov je vyrobená z extrudovaného hliníka a tento proces je užitočný pre väčšinu aplikácií. Je to lacné a môže ľahko špecifikovať špecifikácie. Hlavnou nevýhodou extrudovaných radiátorov je, že veľkosť je obmedzená maximálnou šírkou extrúzie.Hliníkové chladiče-odlievané pod tlakom
V súčasnosti je to najbežnejšia voľba s tepelnou vodivosťou 70-90W/mK, vysokou tepelnou účinnosťou, variabilnými tvarmi a jednoduchou mechanizáciou a automatizáciou. Chladič z tlakovo liateho hliníka je obmedzený na hrubšie rebrá, vďaka čomu je ideálny pre aplikácie s prirodzenou konvekciou.Chladiče z hliníka kované za studena alebo za tepla
Kované radiátory sa vyrábajú lisovaním hliníka alebo medi a majú mnoho aplikácií. Radiátor môže byť kovaný za studena alebo za tepla. Tieto produkty majú dobrú tepelnú vodivosť, veľa možností materiálov, dobrú štruktúru odvádzania tepla, malé rozmery a nízku hmotnosť. Ich výroba je však drahá.
Chladiče pre výrobcu BW osvetlenia
Výber radiátora závisí od konkrétnej situácie výkonu každej časti výrobku. Tie, ktoré používame najčastejšie, sú chladiče z hliníka odlievaného pod tlakom{0}, pre LED pouličné osvetlenie, LED osvetlenie priestoru, LED svietidlá s vysokými poliami, reflektory a nástenné svietidlá. Niektoré produkty solárneho osvetlenia používajú tlakovo liate-hliník a niektoré používajú extrudované hliníkové radiátory. Štadiónové LED svetlá majú relatívne vysoký výkon a vysoké požiadavky na odvod tepla, preto sú zvolené za studena kované hliníkové chladiče-.
