Ako LED chladič odvádza teplo?

Chladič LED svetla je precízne navrhnutý „systém prenosu tepla“. Jeho cieľom je rýchlo „dopraviť“ teplo generované LED čipom do okolitého vzduchu, čím sa zabráni prehriatiu a zlyhaniu čipu.

 

 

Tento proces sa primárne opiera o tri základné fyzikálne metódy prenosu tepla: vedenie tepla, tepelná konvekcia a tepelné žiarenie. Rozoberme si tento proces krok za krokom:

 

Troj{0}}krokový proces odvádzania tepla

 

Krok 1: Tepelné vedenie - „Vnútorná diaľnica“

Toto je východiskový bod a základ prenosu tepla.

 

1. Zdroj tepla: LED čipy pri napájaní a vyžarovaní svetla generujú značné teplo. Toto teplo sa sústreďuje v malom čipe a vytvára „hotspot“ s vysokou-teplotou.

 

2. Cesta:

Čip je najskôr prispájkovaný na kovový substrát (typicky hliníkový substrát alebo MCPCB). Základná vrstva substrátu je izolačná, pod ktorou leží vodivá hliníková vrstva. Jeho primárnou funkciou je rýchle odvádzanie tepla laterálne preč od čipu.

 

Tento kovový substrát je potom pevne spojený s telesom chladiča pomocou tepelnej pasty. Tepelné mazivo vypĺňa mikroskopické vzduchové medzery (vzduch je zlý vodič tepla), čím zabezpečuje efektívny prenos tepla.

 

Samotný chladič je vyrobený z materiálov s vysokou tepelnou vodivosťou (ako je hliník alebo v prípade riešení vyššej kategórie- meď). Teplo sa rýchlo rozptýli po vnútornej štruktúre chladiča vrátane každého rebra.

 

Základným princípom je tu: vďaka vynikajúcim tepelným materiálom a tesnému kontaktu sa teplo rýchlo premieňa z „bodového“ zdroja na „povrchový“ zdroj cez celý chladič.

 

 

Druhý krok: Tepelná konvekcia - „Interakcia so vzduchom“

Toto je kritická fáza pre konečné rozptýlenie tepla.

 

1. Zväčšenie povrchovej plochy: Chladiče sú navrhnuté s rebrovanými, stĺpcovými alebo ihličkovými štruktúrami, aby sa maximalizovala povrchová plocha vystavená vzduchu v rámci obmedzeného objemu. Väčšia plocha umožňuje kontakt s väčším množstvom vzduchu.

 

2. Prúdenie vzduchu:

Prirodzená konvekcia: V prípade žiaroviek alebo svietidiel LED s nízkym výkonom- postačí prirodzené prúdenie. Vzduch zohriaty okolo chladiča sa stáva menej hustým a stúpa nahor, pričom nasáva chladnejší okolitý vzduch, aby ho nahradil. To vytvára nepretržitý, tichý cyklus cirkulácie vzduchu, ktorý neustále odvádza teplo. "Teplo", ktoré cítite rukou, je tento zohriaty vzduch.

 

Nútená konvekcia: V prípade vysokovýkonných diód LED, ako sú projektory, automobilové svetlomety alebo javiskové svetlá, je prirodzená konvekcia nedostatočná. K chladiču sú pridané malé ventilátory, ktoré využívajú nútené prúdenie vzduchu na dramatické zrýchlenie odvodu tepla. Je to podobné ako pridanie ventilátora do CPU počítača.

Hlavným princípom je tu: efektívny prenos tepla z kovového chladiča do pohybujúceho sa vzduchu cez veľkú plochu a prúdenie vzduchu.

 

Tretí krok: Tepelné žiarenie - „Neviditeľný pomocník“

Akýkoľvek objekt s teplotou vyžaruje energiu smerom von vo forme elektromagnetických vĺn.

Keď sa chladič zahrieva, vyžaruje aj infračervenú energiu smerom von, čím rozptýli časť svojho tepla.

V tepelnom manažmente LED sa tepelné žiarenie podieľa relatívne málo (najmä pri nízkych teplotách), ale existuje. Maľovanie povrchu chladiča čiernou alebo tmavou farbou zlepšuje chladenie sálaním, pretože tmavšie povrchy majú vyššiu emisivitu. Z estetických dôvodov a dôvodov odolnosti voči špine- však väčšina komerčných chladičov zostáva strieborná-biela.

 

 

 

 

Zhrnutie: Živá metafora

Predstavte si celý chladiaci systém ako rušný prístav:

LED čip je „továreň“, ktorá nepretržite vyrába „tepelný náklad“.

Tepelné mazivo a kovový substrát sú „vysokorýchlostné{0}}diaľnice pre nákladnú dopravu“, ktoré spájajú továreň s hlavnými cestami.

Teleso chladiča je veľký úložný priestor a doky prístavu.

Plutvy chladiča sú rady lôžok v dokoch, ktoré výrazne zvyšujú kapacitu súčasného nakladania a vykladania nákladu.

Vzduch je nákladná loď prepravujúca tovar.

Prirodzená konvekcia sa opiera o prirodzenú dopravu prostredníctvom vodných prúdov a vetra.

Ventilátor-nútená konvekcia využíva remorkéry a motory na urýchlenie nakladania/vykladania a prepravy.

 

Ak je port (chladiaci systém) dobre-naprojektovaný, tovar (teplo) sa rýchlo prepraví preč, čo umožňuje, aby továreň (čip LED) fungovala na plnú kapacitu 24 hodín denne, 7 dní v týždni (vyžarovanie svetla). Ak sa prístav preplní, miesta na kotvenie sú nedostatočné (malý priestor na odvod tepla) alebo nie sú k dispozícii žiadne nákladné lode (slabé prúdenie vzduchu), tovar sa bude hromadiť, čo nakoniec spôsobí vypnutie továrne (rozpad alebo porucha LED svetla).

 

Preto vynikajúci dizajn LED chladiča dosahuje optimálnu rovnováhu medzi tromi prvkami: materiálom (vysoká tepelná vodivosť), štruktúrou (veľká povrchová plocha) a ventiláciou (podpora konvekcie).

 

ZP HEATSINK sa špecializuje na zákazkové riešenia chladičov už 20 rokov. Odošlite nám svoju požiadavku prostredníctvom https://www.zpheatsink.com/contact{5}}alebo nám odošlite technické výkresy e-mailom na adresu general@zp-aluminium.com, aby ste mohli začať s prvým krokom svojho projektu chladiča.

 

Od kreslenia k realite vám ZP pomáha dosiahnuť.