Da li je LED diodama potreban hladnjak?

 

Pitajte pet inženjera da li LED diodi treba hladnjak i vjerovatno ćete dobiti pet različitih odgovora. Zavisi od snage. Zavisi od dizajna. Zavisi koliko dugo želite da traje.* Frustrirajuće je to što su svi u pravu.

 

Evo kratke verzije: nije svakoj LED diodi potreban hladnjak, ali bilo kojoj LED diodi koja je bitna vjerovatno treba.

 

 

Ako nabavljate LED komponente za komercijalne aplikacije-razmislite o visokom-osvetljenju, automobilskim farovima, hortikulturnoj rasvjeti ili pozadinskom osvjetljenju ekrana-ovo pitanje nije samo akademsko. To direktno utječe na životni vijek vašeg proizvoda, troškove garancije i da li će vaši kupci na kraju zamijeniti uređaje mnogo prije nego što su očekivali.

 

Hajde da uđemo u detalje koji su zapravo važni za nekoga ko pravi proizvode za život.

 

Jednostavna fizika iza pitanja

 

LED diode su efikasnije u poređenju sa žaruljama sa žarnom niti. Svi to znaju. Ali "efikasno" ne znači "kul". Standardna-LED dioda velike snage pretvara između 30 i 50 posto svoje električne energije u svjetlo. Ostatak? Toplota.

 

Ta toplina se stvara upravo na spoju poluvodiča-male tačke unutar LED diode gdje se svjetlost zapravo događa. Ako temperatura tog spoja poraste previsoko, počinje se događati nekoliko stvari. Svjetlosni izlaz pada. Boja se mijenja. Životni vek opada. U ekstremnim slučajevima, LED lampica potpuno nestaje.

 

Posao hladnjaka je jednostavan: povući tu toplinu sa spoja i raspršiti je u okolni zrak. Pitanje nije da li toplotom treba upravljati. Radi se o tome da li vaša specifična aplikacija zahtijeva poseban hladnjak za obavljanje tog upravljanja.

 

Kada možete preskočiti hladnjak

 

Niske-LED diode ponekad mogu proći i bez jednog

Za male-LED diode male snage-razmislite o indikatorskim lampicama na kontrolnoj tabli, ukrasnoj traci ili LED diodama snage 0,5 vati ili manje-sama komponenta često podnosi toplinu. Vodovi ili mali trag PCB-a pružaju dovoljno termičke putanje za održavanje temperature spoja unutar specifikacije. Nije potreban hladnjak.

 

Ali ovdje je kvaka. "Mala snaga" je relativna. Ako spakujete desetak LED dioda male snage{2}} čvrsto zajedno na malu ploču, kumulativna toplina postaje problem. U tom trenutku, vi efektivno gradite aplikaciju veće gustine snage-i upravljanje toplotom ponovo postaje neophodno.

 

LED diode srednje-do-visoke snage gotovo uvijek trebaju upravljanje toplinom

Jednom kada prijeđete u raspon od 1-W LED dioda i više-posebno sa današnjim COB nizovima-na-ploči velike gustine-koji sadrže značajnu snagu u malom otisku - rad bez hladnjaka traži probleme.

 

Razmislite o tipičnom LED-u od 50-watt-a koji se koristi u komercijalnim downlight-ima ili visoko-bay lampama. Bez pravilno dizajniranog hladnjaka, temperature spoja mogu premašiti 100 stepeni u roku od nekoliko minuta. Na tim temperaturama, nazivni životni vijek LED-a od 50.000 sati pada na nešto bliže 10.000 sati. Izlaz svjetlosti može se smanjiti za 30 posto ili više u toku prve godine.

 

To nije kvar komponente. To je neuspjeh proizvoda. A ako prodajete te uređaje, to postaje vaš problem.

 

Šta pravi hladnjak zapravo radi (osim što je samo metalna stvar s rebrima)

Ako već neko vrijeme nabavljate hladnjake, znate da nisu svi jednaki. Komad ekstrudiranog aluminijuma sa rebrima je najčešći pristup, ali inženjering iza njega je važniji nego što većina ljudi shvata.

 

Površina i protok zraka

Hladnjak radi tako što povećava površinu raspoloživu za prijenos topline na okolni zrak. Veća površina znači bolje hlađenje-do određene tačke. Gustina peraja, visina peraja i orijentacija utiču na to koliko efikasno se vazduh kreće kroz hladnjak. Kod pasivnog hlađenja (bez ventilatora), rebra moraju biti razmaknuta tako da prirodna konvekcija zaista može funkcionirati. Previše peraja je previše zbijeno i protok zraka se zaustavlja. Kontraintuitivno, ali istinito.

 

Provodljivost materijala

Aluminij je standard s dobrim razlogom. Nudi odličnu toplotnu provodljivost (oko 200 W/m·K za uobičajene legure kao što je 6063), lagan je i može se ekstrudirati, mašinski obrađivati ​​ili lijevati{3}}u složene oblike. Bakar bolje provodi toplotu, ali je teži i skuplji. Za većinu LED aplikacija, aluminijum je najbolji.

 

Interfejs je važan

Ovo je dio koji se zanemaruje. Hladnjak radi samo ako toplina zaista može doći iz LED diode u odvod. To znači pravilnu montažu, ravne površine i obično termalni materijal interfejsa-termalnu pastu, jastučiće ili materijale za{3}}promjenu faze- kako bi popunili mikroskopske praznine između LED paketa i površine hladnjaka. Preskočite to, a možete i u potpunosti preskočiti hladnjak.

 

Kako znati šta vam je zapravo potrebno

Ako dizajnirate proizvod oko LED dioda, pitanje zapravo nije "da li mi treba hladnjak?" To je "koliko toplinskog upravljanja zahtijeva ovaj dizajn?"

 

Evo praktičnog načina da razmislite o tome:

- Indikator niske-aplikacije (ukupno ispod 1W):Vjerovatno dobro bez posebnog hladnjaka. Sipanje bakra PCB-a može biti dovoljno.

- Niska-do-srednja snaga (ukupno 1W–10W):Obično je neophodan mali ekstrudirani ili utisnuti hladnjak. Pasivno hlađenje je često dovoljno.

- Srednja-do-visoka snaga (10W–100W+ ukupno):Prilagođeni ekstrudirani, mašinski ili zalijepljeni{0}}odvodi topline postaju norma. Pasivno hlađenje i dalje radi ako dizajn dozvoljava adekvatnu površinu. Ako je protok vazduha ograničen ili su temperature okoline visoke, možda će biti potrebno razmotriti prisilno hlađenje (ventilatori).

- Nizovi-visoke gustine i COB moduli:Oni često zahtijevaju aktivno hlađenje ili visoko optimizirana pasivna rješenja sa značajnom površinom. Toplotna gustina je jednostavno prevelika da bi se drugačije upravljalo.

 

Cijena pogrešne situacije

Evo stvari o upravljanju toplinom. Kada smanjite veličinu hladnjaka ili ga potpuno preskočite, rijetko ćete odmah vidjeti kvar. Proizvod prolazi početno testiranje. U prvih nekoliko mjeseci rada izgleda dobro. Ali šteta se gomila.

 

Životni vijek LED-a slijedi Arrheniusov model-u osnovi, svakih 10 stepeni povećanja temperature spoja otprilike prepolovi životni vijek. Dakle, proizvod koji je dizajniran da izdrži 50.000 sati na temperaturi spoja od 85 stepeni može preživjeti samo 25.000 sati na 95 stepeni i 12.500 sati na 105 stepeni.

 

Ako prodajete komercijalnim klijentima-upravljačima objekata, proizvođačima originalne opreme automobila, specifikacijama rasvjete-oni očekuju tih 50.000 sati. Oni donose odluke na osnovu tog broja. Kada se kvarovi počnu pojavljivati ​​nakon 20.000 sati, ne mijenjate samo LED diode. Vi zamjenjujete povjerenje kupaca.

 

Šta tražiti kod partnera za hladnjak

Ako ste došli do zaključka da da, vašim LED diodama su potrebni hladnjaci-i ako ovo čitate, vjerovatno jeste-onda je sljedeće pitanje ko ih pravi.

 

Ne razumije svaki dobavljač hladnjaka LED aplikacije. Najbolji će vam postaviti prava pitanja: Koja je vaša ciljna temperatura spoja? Šta je ambijentalno okruženje? Jeste li pasivno ili aktivno hlađenje? Trebate li hladnjak da se udvostruči kao strukturna komponenta ili kućište?

Oni će također shvatiti da je za LED aplikacije, hladnjak često dio vizualnog identiteta proizvoda. Naročito u arhitektonskim ili potrošačkim-proizvodima, hladnjak mora izgledati ispravno, završiti ispravno i jasno se integrirati s ostatkom dizajna.

 

 

AtZP hladnjak, dizajniramo i proizvodimo termalna rješenja za LED aplikacije u komercijalnim, automobilskim i industrijskim sektorima. Radimo sa aluminijumom-ekstrudiranim, mašinski obrađenim, vezanim-perajem-i bavimo se svime od termičkog modeliranja do proizvodnje. Ako razvijate LED proizvod i želite da dobijete ispravan termalni menadžment prvi put, pogledajte šta radimo na www.zpheatsink.com. Ili posegnite. Rado ćemo razgovarati o vašoj specifičnoj aplikaciji.

 

ZP HEATSINKveć 20 godina specijalizovana je za prilagođena rješenja hladnjaka. Pošaljite svoj zahtjev putemwww.zpheatsink.com/contact-usili pošaljite tehničke crteže na adresugeneral@zp-aluminum.comda započnete prvi korak vašeg projekta LED hladnjaka.

 

Od crteža do stvarnosti, ZP vam pomaže da postignete.