Tản nhiệtcho đèn LED
Với sự phát triển không ngừng của công nghệ LED, các sản phẩm đèn LED ngày càng nhận được nhiều sự quan tâm.
So với các nguồn chiếu sáng truyền thống, nguồn chiếu sáng LED là đèn lạnh trạng thái rắn, có ưu điểm là tuổi thọ cao, hiệu suất phát sáng cao, không bức xạ, tiêu thụ ít điện năng hơn, chống sốc và rung tốt và độ an toàn cao hơn. Ngày nay, khi ánh sáng xanh được ủng hộ rộng rãi trên toàn thế giới, đèn LED đã được ưa chuộng rộng rãi như một nguồn chiếu sáng xanh mới nổi.
Tuy nhiên, các sản phẩm đèn LED dễ bị quá nhiệt trong quá trình sử dụng, đặc biệt một số sản phẩm đèn LED công suất cao gặp vấn đề nóng nghiêm trọng. Đèn LED là thành phần nhạy cảm với nhiệt độ cao. Nếu chúng sinh ra nhiều nhiệt và nhiệt độ quá cao sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu ứng ánh sáng, nhiệt độ màu ánh sáng, v.v. Và thậm chí còn ảnh hưởng nghiêm trọng đến việc sử dụng các sản phẩm chiếu sáng LED thông thường.
01 Ảnh hưởng của nhiệt độ cao đến hiệu suất của sản phẩm đèn LED
Tản nhiệt là một tính năng quan trọng mà các sản phẩm đèn LED phải có. Trong thực tế, các sản phẩm chiếu sáng LED thường được sử dụng trong nhiều môi trường khác nhau, điều này cũng ảnh hưởng rất lớn đến hiệu quả sử dụng của các sản phẩm chiếu sáng LED. Để nâng cao khả năng tản nhiệt của sản phẩm chiếu sáng LED, cần nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ cao đến hiệu suất của sản phẩm chiếu sáng LED.
1.1 Nhiệt độ cao khiến đèn LED hư hỏng vĩnh viễn
Xem xét các đặc tính làm việc của đèn LED, nếu nhiệt độ làm việc cao hơn nhiệt độ tối đa mà đèn LED có thể mang, hiệu suất phát sáng của đèn LED sẽ giảm nhanh và hình thành sự phân rã ánh sáng mạnh, dẫn đến hư hỏng đèn LED. đèn LED. Đèn LED chủ yếu được bọc bằng nhựa polysulfone/epoxy trong suốt. Nếu nhiệt độ nhiệt phân cao hơn nhiệt độ chuyển tiếp của hàm lượng chất rắn (thường là 15 độ), vật liệu bịt kín sẽ chuyển sang trạng thái keo và hệ số giãn nở nhiệt sẽ tăng mạnh, điều này sẽ khiến đèn LED bị hở mạch và hư hỏng.
1.2 Nhiệt độ cao sẽ làm giảm tuổi thọ của đèn LED
Các nhãn hiệu đèn LED khác nhau có đặc tính phân rã ánh sáng khác nhau. Các nhà sản xuất đèn LED thường cung cấp các đường cong phân rã ánh sáng tiêu chuẩn làm cơ sở để lựa chọn các sản phẩm LED. Tuổi thọ của đèn LED có liên quan chặt chẽ đến độ phân rã ánh sáng của nó. Càng sử dụng lâu, độ sáng của đèn LED sẽ càng thấp cho đến khi nó tắt. Nói chung, tuổi thọ của đèn LED được định nghĩa là thời gian quang thông của đèn LED giảm 30%. Nhiệt độ cao sẽ làm đèn LED bị hỏng và rút ngắn tuổi thọ của đèn LED.
(1) Các khuyết tật tồn tại trong chip LED sẽ phát triển nhanh chóng ở nhiệt độ môi trường cao cho đến khi chúng xâm chiếm vùng phát sáng, dẫn đến một số lượng lớn các trung tâm tái hợp không bức xạ, ảnh hưởng lớn đến hiệu suất phát sáng của đèn LED. Trong môi trường nhiệt độ cao, các khuyết tật vi mô trong vật liệu và các tạp chất lan truyền nhanh từ giao diện và bảng mạch cũng sẽ được đưa vào vùng phát sáng, tạo thành một số lượng lớn các mức năng lượng sâu, do đó đẩy nhanh quá trình phân rã ánh sáng của thiết bị LED.
(2) Khi nhiệt độ cao, vật liệu nhựa epoxy dẫn điện trong suốt sẽ biến tính và chuyển sang màu vàng, điều này sẽ làm hỏng nghiêm trọng hiệu suất truyền ánh sáng của nó.
(3) Sự phân rã ánh sáng của phốt pho cũng là yếu tố chính ảnh hưởng đến sự phân rã ánh sáng của đèn LED và sự phân rã của phốt pho ở nhiệt độ cao rất mạnh.
1.3 Nhiệt độ cao sẽ ảnh hưởng đến hiệu ứng phát sáng của đèn LED
Một số thông số của vật liệu cấu thành đèn LED sẽ thay đổi theo nhiệt độ môi trường, điều này sẽ gây ra những thay đổi về thông số của thiết bị LED và ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất phát sáng của đèn LED. Nói chung, quá trình giảm quang thông khi nhiệt độ tăng là thuận nghịch. Khi nhiệt độ môi trường trở về nhiệt độ ban đầu, quang thông sẽ tăng khả năng phục hồi. Điều này là do khi nhiệt độ trở về trạng thái ban đầu, các thông số bên trong của phần tử LED không còn thay đổi và ánh sáng phát ra của đèn LED có thể trở về giá trị trạng thái ban đầu. Quang thông của đèn LED được chia thành lumen lạnh và lumen nóng, tương ứng là lượng ánh sáng phát ra của đèn LED ở nhiệt độ phòng và nhiệt độ môi trường.
Những lý do cụ thể khiến nhiệt độ cao ảnh hưởng đến hiệu ứng phát sáng của đèn LED như sau:
(1) Khi nhiệt độ môi trường tăng lên, nồng độ electron và lỗ trống trong các sản phẩm chiếu sáng LED sẽ tăng lên, nhưng độ linh động của electron sẽ giảm do độ rộng dải cấm giảm.
(2) Khi nhiệt độ môi trường tăng lên, xác suất tái hợp của các electron trong giếng thế năng và bức xạ trong lỗ trống sẽ giảm đi rất nhiều, tạo thành sự tái hợp không bức xạ, do đó làm giảm hiệu suất lượng tử bên trong của đèn LED.
(3) Sự gia tăng nhiệt độ môi trường sẽ chuyển đỉnh ánh sáng xanh của đèn LED sang hướng sóng dài, dẫn đến sự không khớp giữa bước sóng phát xạ của đèn LED và bước sóng kích thích của phốt pho, dẫn đến giảm Hiệu suất khai thác ánh sáng bên ngoài của đèn LED.
(4) Khi nhiệt độ môi trường tăng lên, hiệu suất lượng tử của phốt pho giảm và lượng ánh sáng phát ra giảm.
(5) Hiệu suất của silica gel bị ảnh hưởng rất nhiều bởi nhiệt độ. Khi nhiệt độ làm việc tăng lên, ứng suất nhiệt bên trong silica gel tăng lên và chỉ số khúc xạ của silica gel giảm, điều này ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất ánh sáng của đèn LED.
02 Vấn đề tản nhiệt của sản phẩm đèn LED
Các sản phẩm chiếu sáng LED thường có vấn đề tản nhiệt. Ngược lại, mặc dù đèn sợi đốt và đèn huỳnh quang có tổn thất điện năng lớn nhưng những loại đèn này có thể bị tia cực tím chiếu xạ trực tiếp và nguồn nhiệt của nguồn sáng rất nhỏ. Trong năng lượng tiêu thụ của sản phẩm đèn LED, ngoài phần chuyển hóa thành nguồn sáng khả kiến, các nguồn năng lượng khác cũng được chuyển hóa thành nhiệt.
Ngoài ra, kích thước nhỏ của gói đèn LED khiến khó tản nhiệt bằng đối lưu và bức xạ, do đó tích tụ một lượng nhiệt lớn.
2.1 Sự giãn nở nhiệt gây cong, nứt các chi tiết
Các sản phẩm chiếu sáng LED bao gồm nhiều bộ phận, vật liệu của các bộ phận khác nhau là khác nhau, mức độ giãn nở và co lại nhiệt cũng khác nhau. Trong quá trình giãn nở nhiệt, vật liệu thành phần sẽ bị uốn cong và nứt, dẫn đến khả năng tản nhiệt của sản phẩm kém và làm giảm nghiêm trọng hiệu quả sử dụng của sản phẩm LED.
2.2 Trở ngại hoạt động của mạch điện tử
Nếu nhiệt độ làm việc của các bộ phận dây dẫn tăng lên, trở kháng của nguồn điện sẽ giảm và dễ đi vào vòng luẩn quẩn “tăng nhiệt độ - giảm trở kháng - tăng điện áp - tăng nhiệt - tăng nhiệt độ”, thậm chí cháy nổ .
2.3 Nhiệt độ cao dẫn đến suy giảm chất lượng vật liệu
Nói chung, vật liệu kim loại được sử dụng trong các sản phẩm chiếu sáng LED rất dễ bị oxy hóa, nhiệt độ càng cao thì tốc độ oxy hóa càng nhanh. Quá trình oxy hóa ở nhiệt độ cao có thể rút ngắn tuổi thọ của các sản phẩm chiếu sáng LED.
03 Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất tản nhiệt của sản phẩm đèn LED
3.1 Ảnh hưởng của hướng gió đến hiệu suất tản nhiệt của sản phẩm đèn LED
Các nhà nghiên cứu đã tiến hành thí nghiệm về ảnh hưởng của hướng gió đến khả năng tản nhiệt của các sản phẩm chiếu sáng LED. Nói chung, trong môi trường mô phỏng thế giới thực, có ba loại hướng gió: ngang phải, thẳng đứng hướng lên và thẳng đứng hướng xuống và tốc độ gió tối đa sẽ không vượt quá 1,50 m/s. Trong quá trình thử nghiệm, cần đảm bảo rằng các sản phẩm chiếu sáng LED được các nhóm khác nhau sử dụng hoàn toàn giống nhau, ngoại trừ các hướng gió khác nhau, tất cả các biến số khác phải không thay đổi. Trong quá trình thí nghiệm, chú ý đo nhiệt độ của sản phẩm chiếu sáng LED và tính toán tốc độ tản nhiệt của sản phẩm chiếu sáng LED dưới các luồng gió khác nhau. Qua thực nghiệm, người ta nhận thấy trong quá trình tản nhiệt của sản phẩm đèn LED chịu ảnh hưởng rất lớn của gió thẳng đứng. Điều này chủ yếu là do hướng gió thẳng đứng hướng xuống ngược với hướng đối lưu không khí tự nhiên, làm thay đổi nhiệt độ tối đa của các sản phẩm chiếu sáng LED.
3.2 Ảnh hưởng của tốc độ gió đến hiệu suất tản nhiệt của sản phẩm chiếu sáng LED
Để hiểu rõ ảnh hưởng của tốc độ gió đến hiệu suất tản nhiệt của sản phẩm đèn LED, các nhà nghiên cứu cũng đã tiến hành thí nghiệm. Trong thí nghiệm, cần đảm bảo môi trường bên ngoài ổn định, sau đó tăng dần tốc độ gió. Khi hướng gió thẳng đứng hướng xuống và tốc độ gió nhỏ, nhiệt độ tối đa của sản phẩm chiếu sáng LED sẽ cao hơn; khi tốc độ gió tăng lên, nhiệt độ của sản phẩm chiếu sáng LED sẽ giảm dần.
04 Biện pháp tối ưu hóa tản nhiệt cho sản phẩm đèn LED
Khi thiết kế cấu trúc tản nhiệt của các sản phẩm chiếu sáng LED, số lớp cấu trúc càng ít, độ dày lớp càng mỏng, thể tích lớp càng lớn thì độ dẫn nhiệt của vật liệu càng lớn và khả năng tản nhiệt càng tốt. . Ngoài ra, hình dáng của đèn cần chọn khối chữ nhật hoặc hình vòng. Thiết kế tản nhiệt của các sản phẩm chiếu sáng LED phải tuân theo nguyên tắc thiết kế bổ sung tản nhiệt thụ động và tản nhiệt chủ động, đồng thời giảm thiểu hoặc loại bỏ các phương pháp tản nhiệt chủ động.
4.1 Lựa chọn tản nhiệt hợp lý
Khi đóng gói đèn LED, không có kết nối trực tiếp với tản nhiệt hoặc quạt điện, đồng thời các bảng mạch điện của đèn LED sinh ra rất nhiều nhiệt, khiến cho việc làm mát và tản nhiệt của các sản phẩm đèn LED trở thành một vấn đề rất khó khăn. Về vấn đề này, cần có sự lựa chọn hợp lý về tản nhiệt. Tản nhiệt có thể mở rộng diện tích tiếp xúc lẫn nhau giữa bề mặt của sản phẩm chiếu sáng LED và không khí trong nhà, từ đó nâng cao hiệu quả làm mát và tản nhiệt của sản phẩm chiếu sáng LED.
4.1.1 Lựa chọn vây
Thông thường, bề mặt bên ngoài của tản nhiệt được gia công thành các cánh tản nhiệt. Có nhiều loại vây, số lượng, vị trí, thông số kỹ thuật, góc nghiêng và độ dày của vây phải được lựa chọn cẩn thận theo nhu cầu. Ngoài hình dạng tuyến tính thông thường, các vây còn có hình dạng lượn sóng, xoắn ốc, thuôn dài và hình cụt. Mục đích sản xuất của từng hình dạng là tạo điều kiện thuận lợi cho việc đối lưu không khí trong nhà, xả nước mưa, v.v. để đạt được hiệu quả tản nhiệt tốt nhất. .
Các nhà sản xuất chủ yếu sử dụng phương pháp sản xuất thiêu kết và tạo rãnh để sản xuất tản nhiệt. Ống dẫn nhiệt thiêu kết có cùng thông số kỹ thuật có hiệu suất tương tự như ống dẫn nhiệt có rãnh. Trong số đó, khi ống dẫn nhiệt được thiêu kết, một lượng lớn bột đồng sẽ được sử dụng làm chất độn, dẫn đến đường kính mao dẫn của ống dẫn nhiệt nhỏ và khả năng xuyên thấu nhỏ. Khi chiều rộng của ống dẫn nhiệt thiêu kết tăng lên, hiệu ứng dẫn nhiệt của ống dẫn nhiệt sẽ bị suy yếu. Vì vậy, cần phải lựa chọn các cánh tản nhiệt, ống dẫn nhiệt thích hợp để sử dụng. Ví dụ, là một thiết bị chiếu sáng LED rất điển hình, các phương pháp tản nhiệt như ống dẫn nhiệt cộng với vây, ống dẫn nhiệt buồng hơi cộng với vây, v.v. được sử dụng trong việc sử dụng đèn đường LED để nâng cao hiệu quả tản nhiệt của đèn đường.
4.1.2 Lựa chọn vật liệu
Trong số các vật liệu làm tản nhiệt, độ dẫn nhiệt của đồng tốt hơn nhôm nhưng tốc độ tản nhiệt của đồng lại chậm hơn nhôm. Do đó, tản nhiệt composite nhôm đồng mới có thể được sử dụng bằng cách kết hợp các ưu điểm của đồng và nhôm. Trong tản nhiệt hỗn hợp nhôm-đồng, đồng có thể nhanh chóng đưa nhiệt lượng cao do đèn LED tạo ra sang nhôm, sau đó nhiệt độ cao sẽ được tiêu tán bởi các cánh tản nhiệt bằng hợp kim nhôm, từ đó cải thiện hiệu quả tản nhiệt.
4.1.3 Lựa chọn ống tản nhiệt
Ống tản nhiệt là bộ phận quan trọng của tản nhiệt. Khi đầu đốt của tản nhiệt vừa được làm nóng, nước ở gần thành ống sẽ bốc hơi ngay lập tức, tạo thành một lượng hơi nước lớn, làm tăng áp suất của bộ phận này. Hơi nước sẽ di chuyển đến đầu làm mát do áp suất nước điều khiển. Khi dòng hơi đến đầu làm mát, nó ngưng tụ thành trạng thái lỏng, giải phóng một lượng lớn năng lượng nhiệt, sau đó đến đầu gia nhiệt thoát hơi nước thông qua lực mao dẫn để hoàn thành một chu trình.
Đối với một số sản phẩm chiếu sáng LED có mức tiêu thụ năng lượng cao và yêu cầu cao về tản nhiệt, ống dẫn nhiệt bằng kim loại có thể được chọn làm ống tản nhiệt. Các sản phẩm chiếu sáng LED sẽ sinh ra rất nhiều nhiệt khi hoạt động, nhiệt lượng khi truyền vào bên trong sản phẩm chiếu sáng LED sẽ được truyền trực tiếp đến ống dẫn nhiệt kim loại thông qua tản nhiệt. Vì ống dẫn nhiệt kim loại được làm nóng nên nhiệt không bị thất thoát trong quá trình truyền nhiệt. Năng lượng nhiệt có thể được tạo ra bên trong phần ngưng tụ của ống dẫn nhiệt, và năng lượng nhiệt có thể được vận chuyển vào bên trong ống dẫn nhiệt và chuyển dần sang tấm phân tán vật liệu kim loại thông qua hiệu ứng dẫn nhiệt. Năng lượng nhiệt có thể được tiêu tán khỏi tấm phân tán vật liệu kim loại thông qua quá trình truyền nhiệt tự nhiên của tấm phân tán và không khí làm mát xung quanh.
4.2 Thiết kế tản nhiệt hợp lý
Trong thiết kế bộ tản nhiệt thực tế, sự kết hợp giữa bộ tản nhiệt bên ngoài và vỏ đèn cũng như sự kết hợp giữa bộ tản nhiệt tích hợp và quạt điều khiển nhiệt độ thường được áp dụng. Nhiệt do thiết bị LED tạo ra có thể được truyền đến bảng mạch tích hợp thông qua các dây dẫn bịt kín, sau đó tiêu tán qua bộ tản nhiệt; Năng lượng nhiệt do bảng mạch điện tạo ra có thể được phân tán trực tiếp ra bên ngoài thông qua tản nhiệt trong không khí và làm đầy các vật liệu xung quanh bảng mạch tích hợp. Để loại bỏ các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất truyền nhiệt trong đường truyền nhiệt, có thể sử dụng vật liệu có tính dẫn nhiệt tốt hơn trong đường truyền nhiệt, có thể tăng thể tích mặt cắt ngang của đường dẫn hoặc có thể sử dụng chất bôi trơn dẫn nhiệt. được áp dụng để không có khoảng trống trong các khớp của sản phẩm. Nếu các cánh tản nhiệt không thể tản nhiệt ra bên ngoài, rất nhiều nhiệt có thể tích tụ bên trong thiết bị LED. Về vấn đề này, cần phải thực hiện các biện pháp để tối ưu hóa cấu trúc bề mặt của các cánh tản nhiệt. Một phương pháp điển hình là lắp thêm các cánh tản nhiệt trên bề mặt để tăng diện tích tản nhiệt của bộ tản nhiệt.
4.3 Lựa chọn quy trình đóng gói theo tình hình thực tế
Nhiệt bên trong do đèn LED tạo ra có thể được truyền đến bảng mạch kim loại thông qua lớp dính, sau đó truyền từ bảng mạch đến tản nhiệt qua lớp dính, sau đó tỏa ra môi trường xung quanh. Quá trình niêm phong, vật liệu liên kết và vật liệu nền là những điểm chính của thiết kế tản nhiệt LED. Năng lượng nhiệt do đèn LED tạo ra cần được truyền đến đế Si thông qua lớp kết nối, sau đó được truyền đến đế đỡ kim loại thông qua đế Si và vật liệu liên kết. Cấu trúc cần phải có tính chất điện và nhiệt tốt.
4.4 Chọn vật liệu liên kết phù hợp
Để nâng cao khả năng tản nhiệt của các sản phẩm chiếu sáng LED, cần phải lựa chọn vật liệu liên kết phù hợp và làm tốt công việc thiết kế cơ bản của các sản phẩm chiếu sáng LED. Nói chung, các sản phẩm chiếu sáng LED sẽ sử dụng vật liệu kết dính và vật liệu kết dính sẽ bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ và độ ẩm bên ngoài. Với sự phát triển không ngừng của khoa học công nghệ, con người cũng ngày càng cải tiến các vật liệu bám dính. Khi thiết kế các sản phẩm chiếu sáng LED, bạn có thể chọn vật liệu liên kết phù hợp theo tình hình thực tế của sản phẩm chiếu sáng, cải thiện tính dẫn nhiệt và dẫn điện của vật liệu liên kết, đơn giản hóa cấu trúc bên trong và cải thiện khả năng tản nhiệt của sản phẩm chiếu sáng LED.
05 Kết luận
Với sự phát triển của khoa học và công nghệ, để giải quyết vấn đề tản nhiệt của các sản phẩm chiếu sáng LED, cần phải lựa chọn vật liệu xây dựng phù hợp như ống dẫn nhiệt kim loại theo tình hình thực tế. Khi sử dụng các sản phẩm chiếu sáng LED, người dùng không chỉ chú ý đến hiệu suất tản nhiệt của sản phẩm mà còn chú ý đến ảnh hưởng của các yếu tố môi trường đến khả năng tản nhiệt của sản phẩm chiếu sáng LED.
Chú phổ biến: tản nhiệt vây nhôm cho đèn led, Trung Quốc, nhà cung cấp, nhà sản xuất, nhà máy, tùy chỉnh, mẫu miễn phí, sản xuất tại Trung Quốc
