LED aydınlatma hızla küçük yarı iletkenlik ile ışık üretme yeteneği haline geldi - aynı zamanda önemli bir yerelleştirilmiş ısı yönetimi, güvenli sınırların ötesinde bir araya getirerek, başarısızlıkların nedenlerini kullanarak: ışık çıkışı (menler depreciation), renkli geçiş, hız kaybı ve nihayetinde felaket başarısızlığını sağlamak için.

LED Sistemlerinde Termal Direnişin Anlanması

Termal direniş, ısı geçişinde temel bir kavramdır, yüksek oranda yüksek çözünürlükte ölçülmelidir (°C/W). Belirli bir yol boyunca ısı akışına karşı muhalefeti ölçer.Bir LED sistemde, ısı geçişinde üretilen ısı geçişi birden fazla tabakadan seyahat etmelidir - ölü, substrat, ısı pompası, ısı batağı ve sonunda çevre havasına katkıda bulunur.

LED ışık çıkışı ve yaşam süresi, ısıyı kapatmanın tam anlamıyla orantılı olduğu için, RθJA eleştireldir. Tipik yüksek güç LED 125°C veya daha az ısınmış ısı basıncı olmadan, 40°C ve LED ısının 10 W'si, toplam ısı direncinin fazla olması gerekir (125 − 40) / 10 = 8.5 °C/W. etkili bir ısı batağı olmadan, doğal bir ısınma ısıtılması için, uzun süre boyunca hızlı bir şekilde yüksek ısıya giden yol açmaz.

Nasıl ısıtılır Termal Direnişi

Bir ısı batağı üç ısı transferine sahiptir:0)Dörtülü ısı batağı (Dörtücük) ve [Dörtücükler) ile bağlantı kurmak için yüksek çözünürlükte ısınmış ısınmış ısınmış ısınmış ısınmış ısınmış ısınmış bir ısınmış ısınmış ısınmış ısınmışlığı (Dörtücük) ile bağlantıya en az direnç gösteren yüksek çözünürlükte ısınmış ısınmış ısınmış ısınmış ısınmış ısınmış ısınmış ısınmış ısınmış ısınmış bir ısıya kadar ısınmış ısınmış ısınmış olabilir.

Sıcaklık lavabo performansını düzenleyen temel denklem:

[FONT=0)RθSA = (T)) veminus; T)[D) / P

)

RθSA, ısı batağının ısıtılmasının termal direncidir, T)) ısı batağı ısı sıcaklığıdır, T).A) Ortam ısı sıcaklığıdır ve P ısı kesintiye uğrar.

  • [0] Yüzey alanını [Düzgömürmek, s, pins veya dalga yapıları aracılığıyla yaratmak,
  • [0]İklim ısı transfer katlarını iyileştirme (Dönemli ısı transfer katlarını iyileştirmeye ve hava akışı için yönlendirmeye yönelik yönlendirmeye yönelik yönlendirmeye yönelik olarak ).
  • [FONT:0) Önleyici direnç[Döneticileri ve yüksek seviyeli malzemeler kullanarak
  • [FONT:0)Etrafsız direnişi azaltmak [Döneticisel arayüz malzemeleri ile (TIMs) LED ve ısı batağı arasındaki mikroskobik boşlukları dolduran ısınıyor

LED Aydınlatmada Kullanılan Isı Lavaboları Türleri

Extruded Alüminyum Heat Lavabos

En yaygın tip, eklenmiş alüminyum ısı parçaları, alüminyum alaşımı fins ile bir kesit oluşturmak için bir ölü aracılığıyla zorlayarak yapılır. Orta hacimli üretim için maliyetle etkisizdir ve iyi termal performans sunar. Fin pitch, yükseklik ve temel kalınlık belirli güç seviyeleri için ayarlanabilir.For LED aydınlatma, ekstrüman ısı lavaboları genellikle lineer fikstürlerde kullanılır, aşağı ışıklarda ve sokak ışık konutlarında kullanılır.

Die-Cast Heat Lavabos

Die-casting, yüksek hacimli tüketici LED ampuller için zor veya imkansız olan karmaşık geometriler üretir, örneğin eğri profiller, entegre edilmiş patronlar ve karmaşık fin kalıpları. çinko ve alüminyum alaşımlar yaygındır. Die-cast ısı lavaboları yüksek hacimli tüketici LED ampuller için kullanılır (örneğin, A19, BR30) maliyet ve görünüş konusu önemlidir.

Stamped veya Kated Fin Heat Lavabos

ultra-düşük maliyetli uygulamalar için, damgalı metal çarşaflar katlanır veya fin dizilere oluşturulur. Bunlar genellikle düşük güç LED şeritlerinde veya işarette kullanılır. mütevazı termal performans sağlarlar ancak ucuz ve hafiftir.

Skived veya Machined Heat Lavabos

Skiving, yüksek fin yoğunluk ve mükemmel termal performansa izin vermek için metal bir bloktan ince tabakaları içerir. Bunlar yüksek güç LEDleri (örneğin, otomotiv kafa ışıklarında veya yüksek-bay aydınlatmalarında prim çözümleridir).

Pasif vs. Aktif Heat Lavabos

Pasif ısı bataklıkları yalnızca doğal konveksiyon ve radyasyona güveniyor. Sessiz, güvenilir ve bakımsız. Aktif ısı bataklıkları fanları veya darbeleri finanse ediyor, yüksek güç tüketimi ve mekanik aşınma maliyetinde dramatik bir şekilde azaltılıyor. yüksek güç LED ışıklar (örneğin, stüdyo ışıkları veya açık su ışığı) yüksek ısı batıyor, sık sık sık sık sık ısı batağının yüksek ısınmasını sağlamak için gereklidir.

LED Heat Lavabos için malzeme seçimi

İdeal ısı lavabo malzemesi yüksek ısı iletkenliği, düşük maliyet, düşük yoğunluk ve tüm kategorilerde tek bir malzeme öne çıkar.

MaterialThermal Conductivity (W/m·K)Key Attributes
Aluminum (6063-T5)~200Light, corrosion-resistant, good extrudability, inexpensive
Copper~390Excellent conductivity, heavier, more expensive, harder to shape
Aluminum Alloys (A356, ADC12)~90–160Good for die-casting, lower conductivity than wrought alloys
Graphite/Composite~300–600 (in-plane)Anisotropic, lightweight, used in thin‑profile applications
Ceramic (AlN, Al2O3)~20–180Electrically insulating, brittle, used in chip-on-board substrates

Çoğu genel LED aydınlatma için, [[0)tkan alüminyum 6063[Dönetici: 1) Standartdır. termal iletkenliği tüm için yeterlidir, ancak en yüksek güç katları gibi ve eklenmiş olabilir, kaynaklanmış ve bazen ince profilli yüzeylerde yer alan yüksek çözünürlükte yüksek ısı parçaları yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte olduğu aşırı ısınır.

Termal Interface Malzemeler (TIMs)

En iyi ısı lavabosu LED ile termal temasın zayıf olması durumunda etkisizdir. LED paketi ve ısı batağı üssü arasında mikroskobu boşluklar birkaç ° ekleyebilir;C/W temas direncini ortadan kaldırır.

LED aydınlatma için ortak TIMs şunları içerir:

  • [FONT:0] ⁇ salçaları ve yağlar [Döntgen: 1) vedash; Yüksek performanslı, ancak termal çevrimler üzerinde pompalanabilir
  • [FONT:0] ⁇ pedler [DÜT:1] – Kullanımı kolay, elektriksel olarak, sallamadan biraz daha düşük iletkenlik, sallamaktan daha düşük iletkenlik
  • [FONT:0)Phase-change Malzemeler[[[DÜT:1) – Oda sıcaklığında Katı, ameliyat sıcaklıklarında boşlukları doldurmak için erime, boşlukları doldurmak için ameliyat sıcaklıkları dengelemek
  • [FONT:0] ⁇ yapıştırıcılar [DÜDÜT:1] – LED'i ısı battığa, mekanik bağlantıcılara ihtiyacı ortadan kaldırmak, mekanik kanal elemanların ihtiyaçlarını ortadan kaldırmak,
  • [FONT:0) Grafik çarşaflar[DÜT:1) – Yüksek gezegen iletkenliği, daha sonra ısı yaymak için kullanılan ısı için kullanılır

TIM seçimi, uygulama maliyeti, güvenilirlik gereksinimleri ve montaj sürecine bağlıdır. Örneğin, otomotiv LED kafa ışığı genellikle yüksek termal iletkenlik (5–10 W/m·K) ile ısıtılır, çünkü sık sık sık sık sık üretim yapmak için termal pedleri kullanır.

Low Thermal Direniş için Tasarım Optimizasyonu

Fin Geometry ve Spacing

Maximing yüzey alanı sadece daha fazla fins eklemekle ilgili değildir. Eğer finansçılar çok yakından uzayılırsa, hava akışı tıkanır ve doğal konveksiyon engellenir.Eğer çok yaygın bir uzaylı, yüzey alanı boşanır.Çünkü fanlar viskous sürüklenir.

Fin yükseklik ve kalınlık da önemlidir. Taller fins daha fazla alan sağlar, ancak yüksek termal iletkenlik ve orta kalınlık ile daha uzun süre yapılırsa, alüminyum finsiyonel 1–3 mm kalın, büyük ısıtımı kavramı[Döneticiler için 1 °T:0)

Oryantasyon

Doğal konveksiyona güvenen ısı bataklığı dikeydir, böylece ısı bataklığı aşağıdan aşağıya doğru işaret eden LED fikstürler üzerinde ısınır ve tavana kadar olan havayı kapatmalıdır.

Bazın kalınlığı ve Direnişi

Küçük bir LED çipin ısı batağı yoğun bir noktada devreye girer.Eğer temel çok ince ise, ısı daha sonra dış pazarlara ulaşamaz, LED'in altında doğrudan bir LED'in altında bir sıcak bölge yaratır.Bu fenomen adı verilen °T:0sp) kalın bir direnç.)

Yüzey Tedavisi ve Emissivity

Alüminyum ısı batağının kullanılması, yüzeyin 0.8&ndash'a eşdeğerliğini artırır;0.95 (daha yüksek çözünürlük için - 0.1'den itibaren), radiative ısı transferini artırmak. Doğal konveksiyonda, radyasyon 20&ndash'a katkıda bulunabilir; özellikle de yüksek sıcaklıklarda.

LED Fixtures'te ısı yönetimi: A Systems Approach

Bir ısı izolasyonu tasarlamak yetersizdir.Köpekten gelen tüm ısı yolu düşünülmelidir.Bu, LED paketin iç termal direncini (junction-to-case, RθJC), LED tahta (PCMCB veya FR4), montaj arayüzü, ısıyı kendisi ve hava akışı ortamını içerir.

Başarılı termal sistem tasarımının bir örneği, Philips Fortimo LED modülüdür ve bu da ısı tasarımı sürecini kolaylaştırmak için özel bir ısı lavabosu ve optik yansıma ile uyumludur. Benzer şekilde, Cree's XHP70 LED'ler düşük termal direnç kavimleri ve üretici tarafından üretilen ısı pompası ayak izi ile tasarlanmıştır.

Bir ortak hata, ortamın ısıtılmasının etkisini en üst düzeyde ifade eder.Sıcak bir sıcakta yüklenen bir LED fikstür, 50–70°C, büyük ölçüde izin verilen sıcaklık artışını azaltır ve daha büyük bir ısı batağı gerektirir.]

Güvenilirlik ve Yaşam Zamanları

Arrhenius denklemi LED'lerde başarısızlık mekanizmalarının termal ivmesini yönetir. Her 10°C, kavim sıcaklığında azalma kabaca projelenmiş yaşam süresine ulaşırsa, ortalama olarak $ 25'lık bir bağlantı sıcaklığında 50.000 saate kadar değerlenir;C, yüksek çözünürlükte 100.000 saat sürebilir.

Yaşama ek olarak, renk tutarlılığı sıcaklık bağımlıdır. Phosphor-converted beyaz LEDs, sıcaklık yükselirken mavi-yellow değişimi gösterir, korelasyonlu renk ısısını değiştirir (CCT). istikrarlı bir termal tasarım - iyi tasarlanmış bir ısı batağı ile sonuçlanır - fikstür yaşamı boyunca tutarlı bir ışık kalitesi.

Yenilikçi Heat Lavabo Tasarımları ve Future Trendleri

LED endüstrisi daha küçük form faktörlerinde daha yüksek parlaklık için zorlamaya devam ediyor, bu da giderek sofistike termal çözümleri talep ediyor. Bazı ortaya çıkan eğilimler şunları içerir:

  • [FONT:0]Vapor odaları ve ısı boruları) - Aşırı yüksek performanslı LEDlerde kullanılan iki fazlı soğutma sistemleri (örneğin, 200W+ çip serisi).
  • [FONT:0]Liquid-cooled LED fikstürler[DÜT:1) - Yüksek çözünürlükte kullanılan yüksek çözünürlükte kullanılan ışıklar veya sinema aydınlatmada gürültünün en aza indirildiği yer; ısı bataklığı ile kanallardan serin dolaşımlar.
  • [FONT:0)Plastik ısı iletken dolgularla batılır[DÜT:1) - Karbon fiber veya seramik partiküllerle dolu termodeksiyon malzemeleri düşük maliyetle karmaşık şekillerde değiştirilebilir, ancak termal iletkenlik (~20 W/m·K) alüminyumun altında kalır.
  • [FONT:0)Eksitif üretim[D-printed metal ısı lavaboları, hava akışını ve ağırlığı optimize eden lattize yapılara ve uygun geometrilere izin veriyor, ancak hala toplu üretim için pahalı.
  • [FONT:0]Gerçerikler ile soğutma[Döneticiler) - Küçük, kompakt fikstürlere entegre edilebilir sessiz hayranlar, pasif ve geleneksel fan-cooled ısısinks arasında orta bir zemin sunuyor.

Başka heyecan verici gelişme, ısı batağının doğrudan ışıklı konut, tasarruf malzemeleri ve estetikleri geliştirmektir. Örneğin, ITC ENARA serisi acil çıkış işaretleri hem yapısal destek hem de ısı batağı olarak hizmet eden ölü alüminyum konutlar kullanır, ayrı bir bileşen için ihtiyacı ortadan kaldırır.

Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç

Heat lavabolar isteğe bağlı aksesuarlar değildir - enerji verimliliği, uzun yaşam ve tutarlı renkli aydınlatma sisteminin temel bir bileşenidir.Temizli, konvektif ve radiative yollar aracılığıyla termal direnişi azaltarak, LED'lerin güvenli bir şekilde çalışmasını sağlarlar, enerji verimliliğinin tam faydalarını sağlarlar, uzun yaşam ve tutarlı renk kalitesini sağlarlar.

LED'lerin termal yönetimi hakkında daha fazla okuma için aşağıdaki kaynaklar ayrıntılı mühendislik öngörüleri sunar:

  • [FONT:0)Işık Araştırma Merkezi: LED'lerin ısı yönetimi).
  • [0]Digi-Key: LED Termal Yönetim Temelleri).
  • [FONT:0)Philips Lumileds: Termal Uygulama Notu (PDF)).