Waarom hebben ledlampen koellichamen nodig?
Light-emitting diodes (LED's) zijn halfgeleiderapparaten die elektrische energie omzetten in lichtenergie, maar een deel van de elektrische energie wordt omgezet in thermische energie. De temperatuur waarbij warmte-energie wordt overgedragen van de LED-lichtkralen naar de printplaat, wordt de junctietemperatuur genoemd en het lichtverval of de levensduur van de LED is direct gerelateerd aan de junctietemperatuur. Als de warmteafvoer niet goed is, zal de junctietemperatuur hoog zijn en zal de levensduur kort zijn. Daarom kan alleen door warmte-energie zo snel mogelijk te exporteren de temperatuur van de LED-lampen effectief worden verlaagd. De voeding kan worden beschermd tegen het werken in een omgeving met aanhoudende hoge-temperaturen en kan voortijdige veroudering van de LED-lichtbron door langdurig-werk bij hoge-temperaturen voorkomen.
Hoe kunnen led-verlichtingsarmaturen de warmte verminderen?
Onder normale omstandigheden zijn er drie manieren van warmteoverdracht: geleiding, convectie en straling. Geleiding houdt in dat de warmte tussen objecten in direct contact wordt overgedragen van degene met een hogere temperatuur naar degene met een lagere temperatuur. Convectie brengt warmte over en maakt gebruik van vloeistofstroom, terwijl straling geen medium nodig heeft, en het verwarmingsobject geeft warmte direct af aan de omringende ruimte.
In praktische toepassingen is het gebruik van een koellichaam de belangrijkste maatregel voor de warmteafvoer van hoog-vermogen LED-verlichtingsarmaturen. Het koellichaam draagt de warmte van de chip over aan het koellichaam door nauwkeurig contact met het chipoppervlak. Het koellichaam is meestal een thermische geleider met veel vinnen. Het volledig uitgestrekte oppervlak verhoogt de warmtestraling aanzienlijk en de circulerende lucht kan ook meer warmte-energie wegnemen.
Vergelijkbaar met de meest elementaire wet van Ohm in circuitberekening, heeft de berekening van warmtedissipatie een meest elementaire formule:
temperatuurverschil=thermische weerstand * stroomverbruik
In het geval van een koellichaam wordt de weerstand van de warmteafvoer tussen het koellichaam en de omringende lucht de thermische weerstand, en de grootte van de warmtestroom tussen het koellichaam en de ruimte wordt weergegeven door het stroomverbruik van de chip. Op deze manier ontstaat er door de thermische weerstand wanneer de warmtestroom van het koellichaam naar de lucht stroomt een bepaald temperatuurverschil tussen het koellichaam en de lucht, net zoals de stroom die door de weerstand vloeit een spanning zal genereren. Evenzo zal er een bepaalde thermische weerstand zijn tussen het koellichaam en het chipoppervlak. De eenheid van thermische weerstand is graad /W. Bij het kiezen van een koellichaam, naast overwegingen van mechanische afmetingen, is de belangrijkste parameter de thermische weerstand van het koellichaam. Hoe kleiner de thermische weerstand, hoe sterker de warmteafvoercapaciteit van de radiator.
Het volgende is een voorbeeld van de berekening van thermische weerstand in circuitontwerp:
Ontwerp voorwaarden:
Chipvermogen 18.4w
De maximale temperatuur van de oppervlaktetemperatuur van de chip mag niet hoger zijn dan 85 graden
Omgevingstemperatuur (maximaal) 45 graden
De thermische weerstand tussen het koellichaam en de chip is 0.1 graad /W
Bereken de thermische weerstand R van de benodigde radiator
(R plus 0.1)*18w=85 graad -45 graden , krijg R=2 graad /W
Alleen wanneer de thermische weerstand van het geselecteerde koellichaam minder dan 2 graden / W is, kunnen we ervoor zorgen dat de temperatuur van de chipjunctie de 85 graden niet overschrijdt. Natuurlijk is het professioneler om precisieberekeningen te realiseren door middel van apparatuur, dat is ook de manier waarop we het doen.
welke soorten koellichamen?
Naast het snel geleiden van warmte van de warmtebron naar het uiterlijk van het koellichaam, is het belangrijkste van elk koellichaam het uitstralen van de warmte naar de omgeving door convectie en straling. Warmtegeleiding heeft alleen betrekking op de manier van warmteoverdracht en warmteconvectie is de belangrijkste functie van het koellichaam. De functie van het koellichaam wordt voornamelijk beïnvloed door het vermogen van het warmteafvoergebied, de vorm en de natuurlijke convectie-intensiteit. De warmtestraling is slechts een hulpfunctie. Omdat LED's met hoge hitte werken, moeten aluminiumlegeringen met een hogere thermische geleidbaarheid worden gebruikt. Over het algemeen zijn er koellichamen van gestanst aluminium, koellichamen van geëxtrudeerd aluminium, koellichamen van gegoten-gegoten aluminium, koellichamen van koud of door warmte gesmeed aluminium.
Aluminium koellichamen stempelen
Tijdens het fabricageproces worden de metalen vinnen gestanst en vervolgens aan de basis gelast. Deze worden vaak gebruikt in verlichtingstoepassingen met een laag-vermogen. De gestempelde radiator heeft de voordelen van eenvoudige productieautomatisering en lage kosten. Maar het grootste nadeel zijn de slechte prestaties.Geëxtrudeerde aluminium koellichamen
De meeste koellichamen zijn gemaakt van geëxtrudeerd aluminium en dit proces is nuttig voor de meeste toepassingen. Het is goedkoop en kan gemakkelijk specificaties specificeren. Het belangrijkste nadeel van geëxtrudeerde radiatoren is dat de grootte wordt beperkt door de maximale breedte van de extrusie.Die-gegoten aluminium koellichamen
Het is momenteel de meest gebruikelijke keuze, met een warmtegeleidingsvermogen van 70-90W/mK, een hoog thermisch rendement, variabele vormen en eenvoudige mechanisatie en automatisering. Het gegoten aluminium koellichaam is beperkt tot dikkere vinnen, waardoor het ideaal is voor toepassingen met natuurlijke convectie.Koude of warmte gesmede aluminium koellichamen
Gesmede radiatoren worden gemaakt door aluminium of koper samen te persen en hebben vele toepassingen. De radiator kan koud gesmeed of warm gesmeed zijn. Deze producten hebben een goede thermische geleidbaarheid, veel materiaalkeuzes, een goede warmteafvoerstructuur, een klein formaat en lichtgewicht. Ze zijn echter duur om te produceren.
De koellichamen voor de fabrikant van BW-verlichting:
De keuze van een radiator hangt af van de specifieke situatie van de prestaties van elk onderdeel van het product. De koellichamen die we het meest gebruiken, zijn gegoten-gegoten aluminium koellichamen, voor led-straatverlichting, led-gebiedsverlichting, hoogbouw led-verlichting, schijnwerpers en wandarmaturen. Sommige producten voor zonne-energie maken gebruik van gegoten-gegoten aluminium en sommige gebruiken radiatoren van geëxtrudeerd aluminium. De led-stadionlampen hebben een relatief hoog vermogen en een hoge warmteafvoer, dus er is gekozen voor koude-gesmeed aluminium koellichamen.
