Что такое теплоотвод в светодиодном светильнике?

Существующие системы теплоотвода

Одним из основополагающих физических законов без сомнения есть закон сохранения энергии, согласно которому она «не возникает из неоткуда и не девается в никуда». В отношении лампы накаливания, это утверждение выглядит следующим образом:

  • Входной энергетический поток – это потребляемая прибором электрическая мощность;
  • Выходной энергетический поток – это совокупность светового и теплового (инфракрасного) излучения, которое генерируется при прохождении тока, через нить накала.

Если попробовать интерпретировать эту информацию с точки зрения эффективности, рассчитав КПД, то получим следующие составляющие:

  • Потребляемая из сети мощность равна суммарной, сообщенной системе энергии;
  • Световое излучение – это полезно использованная часть энергии;
  • Тепловое излучение – это балласт.

https://www.youtube.com/watch?v=upload

Наличие теплового электромагнитного излучения выходит из закона Планка, согласно которому, любое тело с температурой выше абсолютного ноля генерирует такие волны. Для того чтобы они стали видимыми (свет), нужно изменить их длину, а это исходя уже из закона смещения Вина возможно при повышении температуры выше 570 °С.

Если перевести эти данные в процентное соотношение, то получится, что КПД такой лампы всего 5%. Именно эта небольшая доля общего электромагнитного излучения генерируется в видимом спектре. Назвать этот показатель оптимальным нельзя еще и потому, что наиболее естественной для человеческого глаза является цветовая температура около 5770 К. Но, в силу объективных причин она не достижима в рамках технологии ламп накаливания (нет такого металла, который бы выдерживал ее).

В светодиодах же диапазон реально используемой цветовой температуры составляет от 2700 до 6500 К. Существующая технология также предусматривает использование электрического тока в качестве источника энергии, но генерация эффективной и балластной частей электромагнитного излучения происходит иначе. Если пропустить ток через многослойный полупроводниковый кристалл, то произойдет рекомбинация свободных электронов и дырок.

Соотношение эффективной (свет) и балластной (тепло) частей определяет КПД светодиодов, который достигает 35-50%, то есть в 7-10 раз выше аналогичного показателя у ламп накаливания. Но, нужно отметить, что подобные результаты достижимы на протяжении всего срока эксплуатации (порядка 30-50 тысяч часов) только в том случае, если не превышаются температурные режимы работы и обеспечивается достаточный теплоотвод для диодов.

  • Увеличивается концентрация дефектных областей в активной зоне и, как следствие, электронно-дырочной рекомбинации без генерации фотонов. Кроме того, часть сформировавшихся частиц света может быть поглощена компонентами чипа;
  • Ухудшаются оптические и спектральные характеристики люминофора, в особенности, тогда, когда он нанесен непосредственно на поверхность полупроводника;
  • Пластиковый либо эпоксидный корпус под действием температуры стареет, что, в конечном счете, приводит к снижению яркости излучаемого света.
Предлагаем ознакомиться  Нужна ли известь в штукатурном растворе

Сам по себе полупроводниковый кристалл не обладает ни высокой теплопроводностью, ни развитой поверхностью теплообмена. Поэтому для утилизации избыточного тепла при проектировании светильников инженерам приходится вводить в конструкцию специальные узлы – радиаторы. Классифицировать их можно по таким критериям, как материал, геометрическая/конструктивная форма и принцип действия.

Материал

На сегодняшний день наиболее ходовым сырьем для изготовления светодиодных радиаторов является алюминий. Его коэффициент теплопроводности оценивается в 230-240 Вт/(м·К), что практически в 4-5 раз выше, чем у стали. Материал отличается относительно невысокой стоимостью и легкостью механической обработки (штамповка, мехобработка на токарно-фрезерных станках, литье).

Наименее распространенной ввиду высокой цены на рынке и сложности обработки является медь. Но, главным ее козырем является высокая теплопроводность – около 380-400 Вт/(м·К). Кроме того, эти цифры означают, что при одной и той требуемой интенсивности охлаждения, размеры самого радиатора (площадь поверхности теплоотдачи) могут быть в 1,5-2 раза меньше, чем при использовании алюминия. То есть сам светильник может стать компактнее.

Близка по своим теплофизических качествам к алюминию керамика – около 180-230 Вт/(м·К). Кроме того, она является диэлектриком, что в свете использования в электроприборах является чуть ли не главным достоинством. С механической точки зрения керамика – довольно хрупкий и сложный в части обработки материал.

Ну и последним сырьем, из которого часто делают теплоотвод для светодиодов, являются различные термопластические полимеры, например, АБС. Его теплопроводность не впечатляет – максимум 40 Вт/(м·К), но при этом, материал является диэлектриком, к тому же, очень дешевым. Теплоотвод из пластика может приобретать самую различную геометрию, поскольку его изготавливают методом литья в пресс-форму под давлением.

С точки зрения геометрии и теплофизики, достаточная для эффективного охлаждения площадь поверхности достигается применением различных конструктивных элементов:

  • Пластины. Элементы из тонкого листового металла, которые с определенным шагом фиксируются на стержневых направляющих, соединенных непосредственно с контактной поверхностью радиатора;
  • Иголки. Цилиндрические элементы различной высоты и диаметра, которые одним концом фиксируются на контактной площадке;
  • Ребра. Пластинчатые прямоугольные (или близкие к ним по сечению, например, трапецеидальные) элементы, которые по аналогии с иголками одним торцом располагаются на контактной поверхности. Могут выполняться отдельно от основного тела радиатора или заодно с ним, например, путем фрезерования алюминиевой заготовки или литья в форму.

Могут также встречаться комбинированные варианты, как в плане геометрии, так и используемых материалов. Например, контактная площадка изготавливается из меди, а элементы рассеивания – из алюминия.

Принцип работы

В зависимости от того, как происходит процесс охлаждения платы светильника, все радиаторы можно разделить на два класса:

  • Пассивные. В таких радиаторах отбор тепла происходит путем конвективной теплоотдачи и излучения с поверхности рассеивания. Циркуляция воздушных масс происходит естественным образом за счет предпринятых конструктивных решений, позволяющих создать необходимую в таком случае разность давлений;
  • Активные. В радиаторах такого типа циркуляция охлаждающего печатную плату воздуха через радиатор происходит принудительно, с помощью вентилятора. В небольших по мощности моделях часто используют знакомый всем кулер – такой же, как в системном блоке ПК.
Предлагаем ознакомиться  Какие цветы в горшке подарить девушке

https://www.youtube.com/watch?v=ytabouttr

На основании всей выше изложенной информации можно сделать один логический вывод: для обеспечения нормальной работы светодиодного светильника нужен радиатор с оптимальной площадью рассеивающей поверхности. Для ее определения используют один из двух методов:

  1. Проектный. Его результатом является определение геометрических размеров и площади поверхности радиатора для заданного температурного режима. Такой расчет выполняется в том случае, если планируется разработка совершенно новой конструкции;
  2. Поверочный. Алгоритм действий противоположный предыдущему, то есть, по известной геометрии теплоотвода определяется количество тепла, которое он способен при этом утилизировать. Очевидно, что такая методика подходит для тех случаев, когда для охлаждения светодиодной платы планируется использовать какой-нибудь стандартный (серийный) радиатор.

И в первом, и во втором случае все сводится к определению рассеиваемой тепловой энергии, которая зависит от параметров питающей сети (ток и падение напряжения), и теплового сопротивления. Исходя из его значения подбирается стандартный радиатор или проектируется новый.

Олександр Лопатін в етері Obozrevatel TV

Подробнее

26фев

Александр Лопатин в эфире Obozrevatel TV

Фото: офіційне інтернет-представництво Президента України

Подробнее

25фев

Позицию ITW Systems озвучено во время встречи с Президентом Украины

itw systems

Подробнее

14фев

Интелтек Украина на AmCham Ukraine Annual Members Appreciation Reception 2020

Американська торговельна палата в Україні.

Подробнее

7фев

Достижения американского бизнеса в Украине обсуждали во время визита госсекретаря США

Что такое теплоотвод в светодиодном светильнике?

Подробнее

5фев

ITW Systems на встрече с командой Министерства инфраструктуры Украины

Олександр Лопатін у студії телеканалу «Київ»

Подробнее

20дек

Александр Лопатин в студии телеканала «Киев»

благодіний концерт ITW Systems

Подробнее

19дек

Благотворительный концерт американской группы Village Underground Band

Что такое теплоотвод в светодиодном светильнике?

Подробнее

15ноя

В Киеве заменили более 22 тысяч старых уличных светильников

Что такое теплоотвод в светодиодном светильнике?

Предлагаем ознакомиться  Навесной мост поделка

Подробнее

15ноя

Новые LED светильники установлены еще на двух столичных улицах

освещение Киев

Подробнее

14ноя

На улицах Набережно-Крещатицкой и Набережно-Луговой появилось новое освещение

заменено освещение в киеве

Подробнее

1ноя

В Киеве заменили более 22 тысяч старых уличных светильников

Олександр Лопатін

24сен

Александр Лопатин о развитии городской инфраструктуры Киева

Інтелтек Україна на телебаченні!

23сен

Интелтек Украина на телевидении!

Уличное освещение в Киеве

Подробнее

10авг

В Святошинском и Днепровском районах Киева построят сети наружного освещения

Что такое теплоотвод в светодиодном светильнике?

Подробнее

26июл

Мы не хотим быть везде, но там, где мы есть, мы хотим быть лучшими, – Александр Лопатин

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Наверх
Adblock detector