Altri vantaggi tecnici dei LED rispetto alle sorgenti luminose tradizionali includono lunga durata, risposta rapida, efficienza luminosa potenzialmente elevata, dimensioni ridotte e spettro ristretto. Ma in sostanza, tra i tanti vantaggi, i tre più importanti sono la potenziale alta efficienza, le dimensioni ridotte e lo spettro ristretto dei led, che li differenziano dalle sorgenti luminose tradizionali e ne ampliano le applicazioni in svariati campi. Tuttavia, è proprio a causa delle sue dimensioni ridotte e delle caratteristiche di elevata efficienza luminosa che il LED presenta ancora ostacoli all'applicazione: il problema della dissipazione del calore.
parole chiave
Dissipatore di calore del LED
Il raffreddamento nello sviluppo dei LED deve risolvere il problema
Le interazioni di dissipazione del calore interno ed esterno determinano le prestazioni di dissipazione del calore del LED
Il micro array di tubi di calore ha un assorbimento del calore ad alta efficienza
Contenuto dell'articolo
Con l’attuale tecnologia di produzione dei semiconduttori, i LED ad alta potenza convertono solo circa il 15% della loro potenza in ingresso in luce e il restante 85% in calore. Inoltre, una scarsa dissipazione del calore porterà ad un invecchiamento accelerato del chip e ridurrà la durata del LED. Se non esiste un buon metodo di dissipazione del calore, il calore del chip non potrà essere disperso, il che causerà il guasto del chip. Pertanto, il problema della dissipazione del calore dei chip LED è diventato un ostacolo all’applicazione della tecnologia LED.
Se il calore del chip LED non può fuoriuscire, ciò accelererà l'invecchiamento del chip e potrebbe portare alla fusione della saldatura, provocando il guasto del chip. La luminescenza del LED è generata dalla transizione elettronica tra bande di energia e il suo spettro non contiene luce infrarossa. Il calore del LED non può essere irradiato, quindi il LED è chiamato sorgente di luce fredda.
Il LED è generalmente incapsulato in resina epossidica, che ha una conduttività termica molto scarsa e può essere dissipata solo tramite pin sotto il chip. LED con luminosità tradizionale a causa della piccola potenza luminosa, il calore non è grande, quindi non ci sono problemi di dissipazione del calore. Il tipo di potenza LED utilizzato nell'illuminazione richiede una pluralità di moduli di sorgenti luminose LED per ottenere il flusso luminoso richiesto.
Per i dispositivi ad alta potenza, la potenza in ingresso è ≥1 W e la dimensione del chip è compresa tra lmm×lmm~2.5mm×2.5mm. La densità di potenza del chip è molto elevata, quindi deve gestire un calore estremamente elevato in un piccolo pacchetto LED. Attualmente, l’efficienza di raccolta della luce dei LED può raggiungere solo il 10%~20% e l’80%~90% dell’energia viene convertita in calore. Se il calore del chip LED non può essere disperso, ciò accelererà l'invecchiamento del chip, ma potrebbe anche portare alla fusione della saldatura, con conseguente guasto del chip, la prestazione specifica è: in primo luogo, l'intensità della riduzione della luce . Con l'aumento della temperatura di giunzione del chip, diminuirà anche l'efficienza luminosa del chip. Maggiore è la temperatura di giunzione del chip, più velocemente diminuirà l'intensità luminosa. In secondo luogo, la lunghezza d’onda principale della luminescenza viene spostata, con conseguente diminuzione dell’efficienza di conversione della luce. Il terzo è accelerare il decadimento della luce LED e ridurre seriamente la durata del LED.
Pertanto, il problema della dissipazione del calore del chip LED di tipo energetico diventa l'ostacolo all'applicazione della tecnologia LED nell'illuminotecnica. Per garantire il normale funzionamento dei LED di potenza, è necessario garantire che la temperatura di giunzione di lavoro del LED rientri nell'intervallo di temperature consentito attraverso un'efficace progettazione di dissipazione del calore. Maggiore è la capacità di dissipazione del calore, minore è la temperatura di giunzione. L’energia termica deve essere trasmessa attraverso la conduzione del calore, la convezione del calore e l’irraggiamento del calore. Poiché la sorgente luminosa a LED stessa non ha infrarossi, ultravioletti, quindi la sorgente luminosa a LED stessa non ha alcuna funzione di dissipazione del calore delle radiazioni, il modo di dissipazione del calore delle lampade di illuminazione a LED può essere esportato solo attraverso il radiatore strettamente combinato con il pannello della lampada a LED. Solo esportando il calore il più presto possibile possiamo ridurre efficacemente la temperatura della cavità della lampada a LED, per proteggere l'alimentatore dal funzionamento in un ambiente permanente ad alta temperatura, per evitare l'invecchiamento prematuro della sorgente luminosa a LED a lungo termine lavoro ad alta temperatura. Il problema della dissipazione del calore del sistema di illuminazione a LED presenta principalmente due aspetti: uno è la dissipazione del calore (conduzione del calore) nel chip di alimentazione del LED, che coinvolge la tecnologia di confezionamento del dispositivo; Il secondo è la dissipazione del calore esterno del chip di potenza del LED, che coinvolge principalmente la conduzione del calore del substrato, delle alette del radiatore e il trasferimento del calore per convezione con l'aria ambiente.
Attualmente, i principali metodi utilizzati per risolvere il problema della dissipazione del calore del sistema di illuminazione a LED di tipo potente sono: regolare la spaziatura dei LED, dissipazione del calore per convezione naturale, installare una ventola o una dissipazione del calore forzata raffreddata ad acqua, dissipazione del calore con tubi di calore e tubi di calore ad anello. Nel contesto della tendenza allo sviluppo dell'integrazione dei LED con alta densità e produzione e portata di calore elevate, diventa assolutamente necessario realizzare una rapida dissipazione del calore mediante un efficiente trasferimento di calore del tubo di calore. Inoltre, il dispositivo di dissipazione del calore esistente enfatizza il collegamento di conduzione del calore e ignora il collegamento di dissipazione del calore per convezione, sebbene molti produttori abbiano considerato una serie di misure per migliorare il collegamento di conduzione del calore: come l'uso di tubi di calore, oltre a grasso siliconico termoconduttivo , ma non rendersi conto che il calore dipende in ultima analisi dalla superficie esterna della lampada, ignorare l'equilibrio del trasferimento di calore, se la distribuzione della temperatura delle alette è seriamente irregolare, l'efficienza delle alette (parte a bassa temperatura) sarà notevolmente maggiore ridotto. I dispositivi di raffreddamento esistenti per l'illuminazione a LED sono ancora limitati a componenti di illuminazione a LED a bassa potenza e l'effetto non è ovvio, ha costi elevati e non è facile da applicare alla produzione effettiva.
Se il calore del chip LED non può fuoriuscire, ciò accelererà l'invecchiamento del chip e potrebbe portare alla fusione della saldatura, provocando il guasto del chip. La luminescenza del LED è generata dalla transizione elettronica tra bande di energia e il suo spettro non contiene luce infrarossa. Il calore del LED non può essere irradiato, quindi il LED è chiamato sorgente di luce fredda. Il LED è generalmente incapsulato in resina epossidica, che ha una conduttività termica molto scarsa e può essere dissipata solo tramite pin sotto il chip. LED con luminosità tradizionale a causa della piccola potenza luminosa, il calore non è grande, quindi non ci sono problemi di dissipazione del calore. Il tipo di potenza LED utilizzato nell'illuminazione richiede una pluralità di moduli di sorgenti luminose LED per ottenere il flusso luminoso richiesto. Per i dispositivi ad alta potenza, la potenza in ingresso è ≥1 W e la dimensione del chip è compresa tra lmm×lmm~2.5mm×2.5mm. La densità di potenza del chip è molto elevata, quindi deve gestire un calore estremamente elevato in un piccolo pacchetto LED. Attualmente, l’efficienza di raccolta della luce dei LED può raggiungere solo il 10%~20% e l’80%~90% dell’energia viene convertita in calore. Se il calore del chip LED non può essere disperso, ciò accelererà l'invecchiamento del chip, ma potrebbe anche portare alla fusione della saldatura, con conseguente guasto del chip, la prestazione specifica è: in primo luogo, l'intensità della riduzione della luce . Con l'aumento della temperatura di giunzione del chip, diminuirà anche l'efficienza luminosa del chip. Maggiore è la temperatura di giunzione del chip, più velocemente diminuirà l'intensità luminosa. In secondo luogo, la lunghezza d’onda principale della luminescenza viene spostata, con conseguente diminuzione dell’efficienza di conversione della luce. Il terzo è accelerare il decadimento della luce LED e ridurre seriamente la durata del LED.
Pertanto, il problema della dissipazione del calore del chip LED di tipo energetico diventa l'ostacolo all'applicazione della tecnologia LED nell'illuminotecnica. Per garantire il normale funzionamento dei LED di potenza, è necessario garantire che la temperatura di giunzione di lavoro del LED rientri nell'intervallo di temperature consentito attraverso un'efficace progettazione di dissipazione del calore. Maggiore è la capacità di dissipazione del calore, minore è la temperatura di giunzione. L’energia termica deve essere trasmessa attraverso la conduzione del calore, la convezione del calore e l’irraggiamento del calore. Poiché la sorgente luminosa a LED stessa non ha infrarossi, ultravioletti, quindi la sorgente luminosa a LED stessa non ha alcuna funzione di dissipazione del calore delle radiazioni, il modo di dissipazione del calore delle lampade di illuminazione a LED può essere esportato solo attraverso il radiatore strettamente combinato con il pannello della lampada a LED. Solo esportando il calore il più presto possibile possiamo ridurre efficacemente la temperatura della cavità della lampada a LED, per proteggere l'alimentatore dal funzionamento in un ambiente permanente ad alta temperatura, per evitare l'invecchiamento prematuro della sorgente luminosa a LED a lungo termine lavoro ad alta temperatura. Il problema della dissipazione del calore del sistema di illuminazione a LED presenta principalmente due aspetti: uno è la dissipazione del calore (conduzione del calore) nel chip di alimentazione del LED, che coinvolge la tecnologia di confezionamento del dispositivo; Il secondo è la dissipazione del calore esterno del chip di potenza del LED, che coinvolge principalmente la conduzione del calore del substrato, delle alette del radiatore e il trasferimento del calore per convezione con l'aria ambiente. Attualmente, i principali metodi utilizzati per risolvere il problema della dissipazione del calore del sistema di illuminazione a LED di tipo potente sono: regolare la spaziatura dei LED, dissipazione del calore per convezione naturale, installare una ventola o una dissipazione del calore forzata raffreddata ad acqua, dissipazione del calore con tubi di calore e tubi di calore ad anello. Nel contesto della tendenza allo sviluppo dell'integrazione dei LED con alta densità e produzione e portata di calore elevate, diventa assolutamente necessario realizzare una rapida dissipazione del calore mediante un efficiente trasferimento di calore del tubo di calore.
Inoltre, il dispositivo di dissipazione del calore esistente enfatizza il collegamento di conduzione del calore e ignora il collegamento di dissipazione del calore per convezione, sebbene molti produttori abbiano considerato una serie di misure per migliorare il collegamento di conduzione del calore: come l'uso di tubi di calore, oltre a grasso siliconico termoconduttivo , ma non rendersi conto che il calore dipende in ultima analisi dalla superficie esterna della lampada, ignorare l'equilibrio del trasferimento di calore, se la distribuzione della temperatura delle alette è seriamente irregolare, l'efficienza delle alette (parte a bassa temperatura) sarà notevolmente maggiore ridotto. I dispositivi di raffreddamento esistenti per l'illuminazione a LED sono ancora limitati a componenti di illuminazione a LED a bassa potenza e l'effetto non è ovvio, ha costi elevati e non è facile da applicare alla produzione effettiva.
Il micro-tubo di calore può sostanzialmente risolvere il problema della dissipazione del calore di vari LED perché ha le caratteristiche di assorbimento, trasmissione e rilascio del calore ad alta efficienza. Il metodo principale di valutazione delle prestazioni apparenti dei tubi termici è misurare l'uniformità della temperatura lungo la direzione assiale. Il tempo di risposta dei tubi di calore dipende dalla capacità termica dei materiali (compresi i materiali metallici e il mezzo di lavoro). Per valutare l'array di tubi di microriscaldamento a piastre, è stato utilizzato il tubo di calore lungo 50 cm per misurare l'uniformità della temperatura e il tempo di risposta termica. Nell'esperimento sono state disposte quattro termocoppie di tipo T nella direzione verticale del tubo di calore, posizionate rispettivamente nella sezione di evaporazione, nella sezione adiabatica e nella sezione di condensazione del tubo di calore.
I dati sperimentali mostrano che l'array di tubi microriscaldanti a piastre ha una buona uniformità di temperatura. La differenza di temperatura tra la sezione di evaporazione e quella di condensazione è inferiore a 1°C e il tempo di risposta termica è inferiore a 80 s. Testando diverse forme di combinazione di dispositivi di illuminazione a LED di potenza basati su una serie di micro tubi di calore a pannello piatto, l'influenza dell'area di contatto, della lunghezza del trasporto di calore e della resistenza termica di contatto della serie di micro tubi di calore a pannello piatto e del radiatore sul dispositivo di illuminazione a LED di potenza basato su pannelli piatti è stata analizzata una serie di micro tubi di calore a pannello. Comprende l'influenza dell'area di contatto della piastra tubiera sul trasferimento di calore del dispositivo, l'influenza della resistenza termica di contatto sul trasferimento di calore del dispositivo di trasferimento di calore a LED dell'array di tubi di microriscaldamento a piastre e le prestazioni dell'illuminazione a LED dispositivo di dissipazione del calore del sistema di microtubi di calore a piastre a forma di U.
Il micro-tubo di calore può essere combinato in modo casuale in una serie di micro-tubi di calore piatti di una certa larghezza, e il micro-tubo di calore può essere piegato arbitrariamente e l'effetto di trasferimento di calore non ha alcun cambiamento evidente a un flusso di calore basso. Il sistema di tubi di microriscaldamento a forma di U è una forma di piegatura del sistema di tubi di microriscaldamento che è stato dimostrato da esperimenti con buone prestazioni di trasferimento di calore. Il micro-tubo di calore può sostanzialmente risolvere il problema della dissipazione del calore di vari LED perché ha le caratteristiche di assorbimento, trasmissione e rilascio del calore ad alta efficienza e può essere deformato in modo flessibile e combinato con l'aletta.
Innanzitutto, la capacità massima di trasferimento del calore della parte di trasferimento del calore evaporativo del sistema di micro-tubi di calore può raggiungere i 200 W/cm; In secondo luogo, elevata conduttività termica: è più di 5000 volte di alluminio solido; Terzo, alta affidabilità: poiché ogni microtubo di calore nella piastra funziona in modo indipendente, anche se uno o due microtubi di calore sono danneggiati, gli altri microtubi di calore svolgono comunque un ruolo senza comprometterne l'uso. Inoltre, la sua capacità di sopportare la pressione è più di 10 volte quella del tradizionale tubo termico circolare, quindi è difficile che si verifichino danni meccanici. Quattro è un'isoterma elevata: la differenza di temperatura per metro è inferiore a 1 ℃, può quasi essere considerata un'isoterma; Quinto, ampia area di contatto: a causa dell'ampia area di rilascio del calore del micro array di tubi di calore, la temperatura dell'aletta di alluminio, del substrato e del tubo di calore può essere sostanzialmente la stessa e l'effetto aletta può essere quasi completamente eliminato .