تقليل الحرارةللصمام
مع التطوير المستمر لتكنولوجيا LED، حصلت منتجات الإضاءة LED على المزيد والمزيد من الاهتمام.
بالمقارنة مع مصادر الإضاءة التقليدية، فإن مصادر الإضاءة LED هي مصابيح الإضاءة الباردة ذات الحالة الصلبة، والتي تتميز بمزايا عمر الخدمة الطويل، وكفاءة الإضاءة العالية، وعدم وجود إشعاع، واستهلاك أقل للطاقة، ومقاومة جيدة للصدمات والاهتزاز، وأمان أعلى. اليوم، عندما يتم الترويج للإضاءة الخضراء بشكل عام في جميع أنحاء العالم، فقد تم تفضيل LED على نطاق واسع كمصدر إضاءة أخضر ناشئ.
ومع ذلك، فإن منتجات الإضاءة LED عرضة لارتفاع درجة الحرارة أثناء الاستخدام، خاصة أن بعض منتجات الإضاءة LED عالية الطاقة تعاني من مشاكل تسخين خطيرة. مصابيح LED هي مكونات حساسة لدرجة الحرارة العالية. إذا كانت تولد الكثير من الحرارة وكانت درجة الحرارة مرتفعة جدًا، فسوف يؤثر ذلك بشكل مباشر على تأثير الإضاءة، ودرجة حرارة لون الضوء، وما إلى ذلك. بل وسيكون له تأثير خطير على الاستخدام العادي لمنتجات الإضاءة LED.
01 تأثير ارتفاع درجة الحرارة على أداء منتجات الإضاءة LED
يعد تبديد الحرارة أداءً مهمًا يجب أن تتمتع به منتجات الإضاءة LED. في الحياة الواقعية، غالبًا ما يتم استخدام منتجات الإضاءة LED في بيئات مختلفة، مما له أيضًا تأثير كبير على كفاءة منتجات الإضاءة LED. من أجل تعزيز قدرة تبديد الحرارة لمنتجات الإضاءة LED، من الضروري دراسة تأثير درجة الحرارة المرتفعة على أداء منتجات الإضاءة LED.
1.1 تؤدي درجات الحرارة المرتفعة إلى تلف مصابيح LED بشكل دائم
بالنظر إلى خصائص عمل LED، إذا كانت درجة حرارة العمل أعلى من الحد الأقصى لدرجة الحرارة التي يمكن أن يحملها LED، فإن فعالية الإضاءة LED ستنخفض بسرعة، وسيتم تشكيل اضمحلال قوي للضوء، مما سيؤدي إلى تلف بقيادة. يتم تغليف مصابيح LED في الغالب براتنج بولي سلفون / إيبوكسي شفاف. إذا كانت درجة حرارة الانحلال الحراري أعلى من درجة حرارة الانتقال للمحتوى الصلب (عادة 15 درجة)، فإن مادة الختم ستتحول إلى حالة غروانية، وسيرتفع معامل التمدد الحراري بشكل حاد، مما سيؤدي إلى تلف LED في الدائرة المفتوحة.
1.2 ارتفاع درجة الحرارة سوف يقصر من عمر LED
تتميز العلامات التجارية المختلفة لمصابيح LED بخصائص مختلفة لتحلل الضوء. توفر الشركات المصنعة لمصابيح LED عمومًا منحنيات انحطاط الضوء القياسية كأساس لاختيار منتجات LED. يرتبط عمر مصباح LED ارتباطًا وثيقًا بتدهور الضوء. كلما زاد استخدامه، انخفضت إضاءة LED حتى ينطفئ أخيرًا. بشكل عام، يتم تعريف عمر LED على أنه الوقت الذي يضمحل فيه التدفق الضوئي لـ LED بنسبة 30٪. سوف تتسبب درجة الحرارة المرتفعة في تسوس ضوء LED وتقصير عمر LED.
(1) سوف تتوسع العيوب الموجودة في شريحة LED بسرعة عند درجة الحرارة المحيطة العالية حتى تغزو المنطقة التي ينبعث منها الضوء، مما يؤدي إلى عدد كبير من مراكز إعادة التركيب غير الإشعاعية، مما يؤثر بشكل كبير على كفاءة الإضاءة لـ LED. في بيئة عالية الحرارة، سيتم أيضًا إدخال العيوب الدقيقة في المادة والشوائب سريعة الانتشار من الواجهة واللوحة إلى المنطقة التي ينبعث منها الضوء، مما يشكل عددًا كبيرًا من مستويات الطاقة العميقة، وبالتالي تسريع اضمحلال الضوء جهاز LED.
(2) عندما تكون درجة الحرارة مرتفعة، فإن مادة راتنجات الإيبوكسي الموصلة الشفافة سوف تفسد وتتحول إلى اللون الأصفر، مما سيضر بشكل خطير بأداء نقل الضوء.
(3) يعد تحلل ضوء الفوسفور أيضًا عاملاً رئيسيًا يؤثر على تحلل ضوء مصابيح LED، ويكون تحلل الفوسفور عند درجات الحرارة المرتفعة قويًا جدًا.
1.3 سوف تؤثر درجة الحرارة المرتفعة على التأثير المضيء لمصباح LED
ستتغير بعض معلمات المواد المكونة لـ LED مع درجة الحرارة المحيطة، مما سيؤدي إلى تغييرات في معلمات جهاز LED ويؤثر بشكل مباشر على مخرجات الضوء لـ LED. وبشكل عام، فإن عملية تقليل التدفق الضوئي مع زيادة درجة الحرارة قابلة للعكس. عندما تعود درجة الحرارة المحيطة إلى درجة الحرارة الأولية، فإن التدفق الضوئي سيكون له زيادة في الاسترداد. وذلك لأنه عندما تعود درجة الحرارة إلى الحالة الأولية، لن تتغير المعلمات الداخلية لعنصر LED، ويمكن أن يعود خرج ضوء LED إلى قيمة الحالة الأولية. ينقسم التدفق الضوئي لمصباح LED إلى وحدات لومن باردة ولومنات ساخنة، والتي تمثل ناتج الضوء لمصباح LED في درجة حرارة الغرفة ودرجة الحرارة المحيطة، على التوالي.
الأسباب المحددة التي تجعل ارتفاع درجة الحرارة يؤثر على التأثير المضيء لمصابيح LED هي كما يلي:
(1) مع زيادة درجة الحرارة المحيطة، سيزداد تركيز الإلكترونات والثقوب في منتجات الإضاءة LED، لكن حركة الإلكترون ستنخفض بسبب تقليل عرض النطاق المحظور.
(2) مع زيادة درجة الحرارة المحيطة، فإن احتمالية إعادة تركيب الإلكترونات في البئر المحتملة والإشعاع في الثقوب ستنخفض بشكل كبير، مما يشكل إعادة تركيب غير إشعاعي، وبالتالي تقليل كفاءة الكم الداخلية للـ LED.
(3) سيؤدي ارتفاع درجة الحرارة المحيطة إلى تحويل ذروة الضوء الأزرق لمصباح LED إلى اتجاه الموجة الطويلة، مما يؤدي إلى عدم التطابق بين طول موجة انبعاث LED وطول موجة الإثارة للفوسفور، مما يؤدي إلى انخفاض في كفاءة استخراج الضوء الخارجي بواسطة LED.
(4) مع زيادة درجة الحرارة المحيطة، تنخفض الكفاءة الكمية للفوسفور وينخفض ناتج الضوء.
(5) يتأثر أداء هلام السيليكا بدرجة كبيرة بدرجة الحرارة. مع زيادة درجة حرارة العمل، يزداد الضغط الحراري داخل هلام السيليكا، وينخفض معامل الانكسار لجيل السيليكا، مما يؤثر بشكل مباشر على كفاءة إضاءة LED.
(زعانف التزلج الألومنيوم غرفة التبريد)
02 مشاكل تبديد الحرارة لمنتجات الإضاءة LED
تواجه منتجات الإضاءة LED بشكل عام مشاكل في تبديد الحرارة. في المقابل، على الرغم من أن المصابيح المتوهجة والفلورسنت لديها خسائر كبيرة في الطاقة، إلا أنه يمكن تشعيع هذه المصابيح مباشرة بالأشعة فوق البنفسجية، كما أن مصدر الحرارة لمصدر الضوء صغير جدًا. في الطاقة التي تستهلكها منتجات الإضاءة LED، بالإضافة إلى الجزء الذي يتم تحويله إلى مصادر ضوء مرئية، يتم تحويل مصادر الطاقة الأخرى إلى حرارة.
بالإضافة إلى ذلك، فإن الحجم الصغير لحزمة LED يجعل من الصعب تبديد الحرارة عن طريق الحمل الحراري والإشعاع، وبالتالي تراكم كمية كبيرة من الحرارة.
2.1 يؤدي التمدد الحراري إلى ثني الأجزاء وتشققها
تتكون منتجات الإضاءة LED من أجزاء كثيرة، والمواد من أجزاء مختلفة مختلفة، ومدى التمدد الحراري والانكماش يختلف أيضا. أثناء التمدد الحراري، سوف تنحني المواد المكونة وتتشقق، مما يؤدي إلى سوء تبديد حرارة المنتج وتقليل كفاءة استخدام منتجات LED بشكل خطير.
2.2 العوائق التشغيلية للدوائر الإلكترونية
إذا زادت درجة حرارة العمل لمكونات الموصل، ستنخفض مقاومة مصدر الطاقة، ومن السهل الدخول في حلقة مفرغة من "ارتفاع درجة الحرارة - تقليل المعاوقة - ارتفاع الجهد - التعزيز الحراري - ارتفاع درجة الحرارة"، وحتى الاحتراق. .
2.3 ارتفاع درجة الحرارة يؤدي إلى تدهور جودة المواد
بشكل عام، المواد المعدنية المستخدمة في منتجات الإضاءة LED من السهل أن تتأكسد، وكلما ارتفعت درجة الحرارة، كان معدل الأكسدة أسرع. الأكسدة في درجات الحرارة العالية يمكن أن تقصر من عمر منتجات الإضاءة LED.
03 العوامل المؤثرة على أداء تبديد الحرارة لمنتجات الإضاءة LED
3.1 تأثير اتجاه الرياح على أداء تبديد الحرارة لمنتجات الإضاءة LED
أجرى الباحثون تجارب حول تأثير اتجاه الرياح على تبديد الحرارة لمنتجات الإضاءة LED. بشكل عام، في بيئة المحاكاة الواقعية، هناك ثلاثة أنواع من اتجاهات الرياح: أفقي يمين، وعمودي لأعلى، وعمودي لأسفل، ولن تتجاوز سرعة الرياح القصوى 1.50 م/ث. أثناء التجربة، من الضروري التأكد من أن منتجات الإضاءة LED المستخدمة من قبل مجموعات مختلفة هي نفسها تمامًا، باستثناء اتجاهات الرياح المختلفة، يجب أن تظل جميع المتغيرات الأخرى دون تغيير. أثناء التجربة، انتبه إلى قياس درجة حرارة منتج الإضاءة LED وحساب معدل تبديد الحرارة لمنتج الإضاءة LED تحت رياح مختلفة. من خلال التجارب، وجد أنه في عملية تبديد الحرارة لمنتجات الإضاءة LED، يتأثر بشكل كبير بالرياح العمودية. ويرجع ذلك أساسًا إلى أن اتجاه الرياح العمودي إلى الأسفل يكون معاكسًا لاتجاه الحمل الحراري للهواء الطبيعي، مما يغير درجة الحرارة القصوى لمنتجات الإضاءة LED.
3.2 تأثير سرعة الرياح على أداء تبديد الحرارة لمنتجات الإضاءة LED
ومن أجل فهم تأثير سرعة الرياح على أداء تبديد الحرارة لمنتجات الإضاءة LED، أجرى الباحثون أيضًا تجارب. في التجربة، من الضروري التأكد من أن البيئة الخارجية متسقة، ثم زيادة سرعة الرياح تدريجياً. عندما يكون اتجاه الرياح عموديًا إلى الأسفل وتكون سرعة الرياح صغيرة، تكون درجة الحرارة القصوى لمنتج الإضاءة LED أعلى؛ مع زيادة سرعة الرياح، فإن درجة حرارة منتج الإضاءة LED ستنخفض تدريجياً.
04 التدابير المضادة لتحسين تبديد الحرارة لمنتجات الإضاءة LED
عند تصميم هيكل تبديد الحرارة لمنتجات الإضاءة LED، كلما قل عدد الطبقات الهيكلية، كلما كان سمك الطبقة أرق، وكلما زاد حجم الطبقة، زادت الموصلية الحرارية للمادة، وكان تبديد الحرارة أفضل . وبالإضافة إلى ذلك، شكل المصباح يحتاج إلى اختيار كتلة مستطيلة أو حلقة. يجب أن يتبع تصميم تبديد الحرارة لمنتجات الإضاءة LED مبدأ تصميم المشتتات الحرارية السلبية والمشتتات الحرارية النشطة كملحق، وتقليل أو إلغاء طرق تبديد الحرارة النشطة.
4.1 اختيار معقول للمشتت الحراري
عند تعبئة مصابيح LED، لا يوجد اتصال مباشر بالأحواض الحرارية أو المراوح الكهربائية، وتولد لوحات دوائر الطاقة الخاصة بمصابيح LED الكثير من الحرارة، مما يجعل التبريد وتبديد الحرارة لمنتجات الإضاءة LED مشكلة صعبة للغاية. في هذا الصدد، مطلوب اختيار معقول من المشتتات الحرارية. يمكن للمشتت الحراري أن يوسع منطقة الاتصال المتبادلة بين سطح منتج الإضاءة LED والهواء الداخلي، وبالتالي تحسين كفاءة التبريد وتبديد الحرارة لمنتج الإضاءة LED.
4.1.1 اختيار الزعانف
عادة، يتم تشكيل السطح الخارجي للمشتت الحراري إلى زعانف. هناك أنواع عديدة من الزعانف، ويجب تحديد عدد الزعانف وموضعها ومواصفاتها وزاوية ميلها وسمكها بعناية وفقًا للاحتياجات. بالإضافة إلى الشكل الخطي العادي، تحتوي الزعانف أيضًا على أشكال متموجة، ولولبية، ومستطيلة، ومخروطية الشكل. الغرض من التصنيع لكل شكل هو تسهيل الحمل الحراري للهواء الداخلي، وتدفق مياه الأمطار، وما إلى ذلك للحصول على أفضل تأثير لتبديد الحرارة. .
يستخدم المصنعون بشكل أساسي طرق الإنتاج المخددة والتلبيد لإنتاج المشتتات الحرارية. تتمتع أنابيب الحرارة الملبدة بنفس المواصفات بنفس أداء أنابيب الحرارة المحززة. من بينها، عندما يتم تلبيد أنبوب الحرارة، سيتم استخدام كمية كبيرة من مسحوق النحاس كحشو، مما يؤدي إلى قطر شعري صغير لأنبوب الحرارة وقوة اختراق صغيرة. عندما يزيد عرض أنبوب الحرارة الملبد، سيتم إضعاف تأثير التوصيل الحراري لأنبوب الحرارة. لذلك، من الضروري اختيار الزعانف وأنابيب الحرارة المناسبة للاستخدام. على سبيل المثال، كجهاز إضاءة LED نموذجي للغاية، يتم استخدام طرق تبديد الحرارة مثل الأنابيب الحرارية بالإضافة إلى الزعانف، وأنابيب الحرارة لغرفة البخار بالإضافة إلى الزعانف، وما إلى ذلك في استخدام مصابيح الشوارع LED لتحسين كفاءة تبديد الحرارة لأضواء الشوارع.
4.1.2 اختيار المواد
من بين مواد المشتت الحراري، تكون الموصلية الحرارية للنحاس أفضل من الألومنيوم، ولكن سرعة تبديد الحرارة للنحاس أبطأ من الألومنيوم. ولذلك، يمكن استخدام المشتت الحراري المركب الجديد من النحاس والألومنيوم من خلال الجمع بين مزايا النحاس والألمنيوم. في المشتت الحراري المركب من النحاس والألومنيوم، يمكن للنحاس جلب الحرارة العالية الناتجة عن LED إلى الألومنيوم بسرعة، ومن ثم يتم تبديد الحرارة العالية بواسطة زعانف سبائك الألومنيوم، وبالتالي تحسين كفاءة تبديد الحرارة.
4.1.3 اختيار أنابيب المشتت الحراري
يعد أنبوب المشتت الحراري جزءًا مهمًا من المشتت الحراري. عندما يتم تسخين نهاية التسخين للمشتت الحراري، فإن الماء بالقرب من جدار الأنبوب سوف يتبخر على الفور، مما يشكل كمية كبيرة من بخار الماء، مما يزيد من ضغط هذا الجزء. سوف ينتقل بخار الماء إلى طرف التبريد مدفوعًا بضغط الماء. عندما يصل تدفق البخار إلى نهاية التبريد، فإنه يتكثف إلى حالة سائلة، ويطلق كمية كبيرة من الطاقة الحرارية، ثم يصل إلى نهاية تسخين النتح من خلال القوة الشعرية لإكمال الدورة.
بالنسبة لبعض منتجات الإضاءة LED ذات استهلاك الطاقة العالي والمتطلبات العالية للمشتتات الحرارية، يمكن اختيار أنابيب الحرارة المعدنية كأنابيب المشتت الحراري. سوف تولد منتجات الإضاءة LED الكثير من الحرارة عند العمل، وعندما يتم نقل الحرارة داخل منتجات الإضاءة LED، سيتم نقلها مباشرة إلى أنبوب الحرارة المعدني من خلال المشتت الحراري. نظرًا لتسخين أنبوب الحرارة المعدني، لا يتم فقدان أي حرارة أثناء نقل الحرارة. يمكن توليد الطاقة الحرارية داخل قسم التكثيف للأنبوب الحراري، ويمكن نقل الطاقة الحرارية إلى داخل الأنبوب الحراري ونقلها تدريجيًا إلى صفائح تشتيت المواد المعدنية من خلال تأثير التوصيل الحراري. يمكن تبديد الطاقة الحرارية من صفيحة تشتيت المواد المعدنية من خلال عملية الانتشار الحراري الطبيعي لصفيحة التشتيت وهواء التبريد المحيط بها.
4.2 التصميم المعقول للرادياتير
في تصميم الرادياتير الفعلي، تم اعتماد مزيج من الرادياتير الخارجي وغطاء المصباح ومزيج من الرادياتير المدمج ومروحة التحكم في درجة الحرارة بشكل عام. يمكن نقل الحرارة الناتجة عن جهاز LED إلى لوحة الدائرة المتكاملة من خلال الخيوط المختومة، ومن ثم تبديدها من خلال المشتت الحراري؛ يمكن تشتيت الطاقة الحرارية الناتجة عن لوحة دائرة الطاقة مباشرة إلى الخارج من خلال المشتت الحراري من خلال الهواء ومواد التعبئة حول لوحة الدائرة المتكاملة. من أجل القضاء على العوامل التي تؤثر على كفاءة نقل الحرارة في مسار نقل الحرارة، يمكن استخدام مادة ذات توصيل حراري أفضل في مسار نقل الحرارة، أو يمكن زيادة حجم المقطع العرضي للمسار، أو يمكن استخدام مادة تشحيم موصلة للحرارة يتم تطبيقها بحيث لا توجد فجوات في مفاصل المنتجات. إذا لم تكن زعانف التبريد قادرة على تبديد الحرارة إلى الخارج، فقد يتراكم الكثير من الحرارة داخل جهاز LED. وفي هذا الصدد، من الضروري اتخاذ تدابير لتحسين البنية السطحية لزعانف التبريد. تتمثل الطريقة النموذجية في تثبيت المزيد من الزعانف على السطح لزيادة مساحة تبديد الحرارة للمبرد.
4.3 حدد عملية التغليف وفقًا للحالة الفعلية
يمكن نقل الحرارة الداخلية الناتجة عن LED إلى لوحة الدائرة المعدنية من خلال الطبقة اللاصقة، ومن ثم نقلها من لوحة الدائرة إلى المشتت الحراري من خلال الطبقة اللاصقة، ثم تشع إلى البيئة المحيطة. تعتبر عملية الختم، مادة الربط، والمواد الأساسية هي النقاط الرئيسية لتصميم تبديد الحرارة LED. يجب نقل الطاقة الحرارية الناتجة عن LED إلى الركيزة Si من خلال طبقة الاتصال، ثم نقلها إلى قاعدة الدعم المعدنية من خلال الركيزة Si ومواد الربط. يجب أن يتمتع الهيكل بخصائص كهربائية وحرارية جيدة.
4.4 اختيار مادة الربط المناسبة
من أجل تحسين قدرة تبديد الحرارة لمنتجات الإضاءة LED، من الضروري اختيار مواد الربط المناسبة والقيام بعمل جيد في التصميم الأساسي لمنتجات الإضاءة LED. بشكل عام، سوف تستخدم منتجات الإضاءة LED مواد لاصقة، وسوف تتأثر المواد اللاصقة بدرجة الحرارة والرطوبة الخارجية. مع التطور المستمر للعلوم والتكنولوجيا، قام الناس أيضًا بتحسين مواد الالتصاق. عند تصميم منتجات الإضاءة LED، يمكنك اختيار مواد الربط المناسبة وفقًا للحالة الفعلية لمنتجات الإضاءة، وتحسين التوصيل الحراري والتوصيل الكهربائي لمواد الربط، وتبسيط هيكلها الداخلي، وتحسين قدرة تبديد الحرارة لمنتجات الإضاءة LED.
05 الاستنتاج
مع تطور العلم والتكنولوجيا، من أجل حل مشكلة تبديد الحرارة لمنتجات الإضاءة LED، من الضروري اختيار مواد البناء المناسبة مثل أنابيب الحرارة المعدنية وفقًا للحالة الفعلية. عند استخدام منتجات الإضاءة LED، لا يجب على المستخدمين الانتباه فقط إلى أداء تبديد الحرارة للمنتجات، ولكن أيضًا الانتباه إلى تأثير العوامل البيئية على تبديد الحرارة لمنتجات الإضاءة LED.
الوسم : خافضات حرارة زعانف الألومنيوم للإضاءة LED، الصين، الموردين، الشركات المصنعة، مصنع، تخصيص، عينة مجانية، صنع في الصين
