Алуминиева екструзия за LED радиатори?
LED светлините се нагряват. Прегряването може да съкрати живота им и да промени цвета им. Много дизайни не успяват да отводят топлината достатъчно бързо. Подходящият радиатор може да реши този проблем.
Алуминиевата екструзия е идеална за LED радиатори, защото предлага висока топлопроводимост, позволява изработване на нестандартни форми с ребра за по-добро охлаждане и остава лека и икономична при масово производство.
В тази статия се разглежда защо алуминиевата екструзия работи толкова добре. След това се показва как да се проектират форми на ребрата, да се избягват термичните ограничения и да се използва разумно въздушният поток. Ще научите какво прави един екструзионен дизайн подходящ за охлаждане на LED.
Какво прави алуминиевата екструзия идеална за охлаждане на LED?
Горещите LED осветителни тела издават алармен сигнал. Производителите на LED осветителни тела се притесняват от натрупването на топлина, лошите топлинни пътища и тежките радиатори. Лошият дизайн води до кратък живот или изгорели лампи.
Алуминиевата екструзия е идеална, защото пренася топлината бързо, позволява на дизайнерите да създават много форми за охлаждане и остава лека, така че осветителните тела остават лесни за монтаж.
Много фактори правят алуминиевата екструзия подходяща за LED осветителни тела. Първо, алуминият има висока топлопроводимост в сравнение с много други материали. Той може бързо да отнема топлината от LED чиповете. След това разпределя топлината по цялото тяло на екструзията. Това предотвратява появата на горещи точки и поддържа температурата на LED под контрол. Второ, екструзията е гъвкав процес. Дизайнерите могат да прокарват или изтеглят алуминия през формована матрица. Това създава дълги тела с комплексни напречни сечения. Ребра, кухи части, монтажни отвори – всичко това става възможно с едно преминаване. Тази гъвкавост позволява да се проектира точната форма, необходима за осветителното тяло.
Когато LED модулите работят при стотици лумени, дори малките топлинни загуби са от значение. Тънък лист или щампован метал може да предостави само ограничена повърхност. Екструдираните ребра увеличават значително повърхността в сравнение с обема и спомагат за отвеждането на топлината във въздуха. Освен това повърхностната обработка може да подобри топлинното излъчване или устойчивостта на корозия. Например, анодизираният алуминий добавя издръжливост, без да засяга значително проводимостта. Това е важно, ако LED осветлението работи на открито. Накратко, алуминиевата екструзия съчетава силен топлинен поток, широки термични пътища, свобода на дизайна и контрол на разходите.
Алуминиевата екструзия позволява сложни форми да увеличат повърхността за охлаждане на LEDИстински
Екструзията улеснява включването на ребра и други структури, които подобряват разсейването на топлината.
Стоманата е по-добра от алуминия за охлаждане на LED поради своята здравина.Фалшив
Стоманата е по-здрава, но има по-ниска топлопроводимост и е по-тежка, което я прави по-малко подходяща за радиатори.
Кои конфигурации на ребрата оптимизират разсейването на топлината?
Лошият дизайн на ребрата унищожава добрите радиатори. Някои ребра блокират въздуха или са разположени твърде близо едно до друго. Други са твърде тънки. Дизайнерите трябва да изберете подходящо разположение, форма и разстояние между ребрата. Неправилният избор забавя охлаждането и води до загуба на материал.
Най-добрите конфигурации на ребрата включват много тънки ребра, разположени на разстояние, за да позволяват въздушния поток, с форма с голяма повърхност. Това помага за бързо и стабилно пренасяне на топлината от метала към въздуха.
Брой на перките, разстояние между перките и дебелина
Доброто разположение на ребрата на радиатора балансира броя, разстоянието и дебелината им. Ако ребрата са твърде малко или твърде дебели, губите повърхност. Ако ребрата са твърде много или твърде тънки, въздухът не може да циркулира и конвекцията спира. Най-доброто решение е средният вариант: много ребра, но достатъчно раздалечени, за да може въздухът да преминава.
| Елемент за оформление на перка | Ефект върху охлаждането | Типичен диапазон за LED мивки |
|---|---|---|
| Дебелина на перката | По-дебелите ребра съхраняват повече топлина, но намаляват повърхността | 1,5 – 3,0 мм |
| Разстояние между перките | По-широкото разстояние позволява въздушния поток, но намалява броя на ребрата | 3,0 – 6,0 mm между върховете на перките |
| Височина на перката над основата | По-високите перки увеличават площта, но добавя тегло и размер | 15 – 40 мм |
В един проект, който видях, използването на ребра с дебелина 2,2 mm и разстояние 4 mm помежду им осигуряваше по-добро охлаждане в сравнение с ребра с дебелина 3 mm и разстояние 2 mm помежду им. Въздушният поток беше по-добър, а повърхността оставаше голяма.
Форма на перката и обработка на повърхността
Ребрата не трябва да бъдат плоски. Някои дизайни използват заострени ребра. Други използват извити или вълнообразни форми. Тези форми спомагат за нарушаване на граничните слоеве на въздуха. Нарушаването на граничните слоеве спомага за достъпа на свеж въздух до повърхността на ребрата. Това подобрява преноса на топлина към въздуха. Повърхностната обработка също е от значение. Чистата, анодизирана повърхност спомага за емисивността и е устойчива на корозия. При външните LED осветителни тела това спомага за удължаване на експлоатационния им живот.
Пример: Сравнение между две конфигурации на перките
Ето един прост пример. Да предположим, че имаме два екструдирани радиатора с еднаква ширина и дебелина на основата. Единият има 10 ребра, разположени на близко разстояние, а другият има 6 ребра, разположени на голямо разстояние. При добър въздушен поток, дизайнът с 6 ребра, разположени на голямо разстояние, може да охлажда по-добре, защото въздушният поток не се блокира. При слаб въздушен поток (като в затворени устройства), дизайнът с 10 ребра може да не функционира, защото въздухът не може да влезе в ребрата.
Това показва, че няма универсален дизайн, който да подхожда на всички. Дизайнерът трябва да съобрази разположението на перките с въздушния поток и типа на осветителните тела.
Много тънки ребра, разположени на умерено разстояние, имат по-добри резултати от по-малко на брой дебели ребра в LED радиатори, когато въздушният поток е добър.Истински
Тънките ребра увеличават повърхността, а умереното разстояние между тях позволява въздушния поток да се движи за конвекция.
Колкото повече ребра има, толкова по-голямо е разсейването на топлината, независимо от разстоянието между тях.Фалшив
Ако ребрата са прекалено близо, въздухът не може да циркулира правилно и конвекцията се намалява, така че много ребра могат да влошат разсейването на топлината.
Има ли термични ограничения за LED приложенията?
LED радиаторите са мощни. Но всеки дизайн има своите ограничения. Ако дизайнът не отчита максималната температура или термичната устойчивост, това се отразява негативно на живота на LED диодите. Пренаселените радиатори или прекалено високата мощност намаляват живота и стабилността на цветовете.
Да. LED радиаторите имат ограничения: те трябва да поддържат температурата на LED корпуса под номиналната максимална стойност и да разсейват мощността безопасно. Превишаването на термичните ограничения води до повреда и намалява експлоатационния живот.
Термична устойчивост и температура на прехода
Термичната ефективност на радиатора често се изразява като термично съпротивление (°C/W). То измерва с колко градуса Целзий ще се повиши температурата на радиатора на всеки ват топлина. Да предположим, че LED модулът отделя 10 W топлина. Термично съпротивление от 5 °C/W означава повишение с 50 °C. Ако околната температура е 25 °C, корпусът на LED-а работи при 75 °C, което може би е прекалено високо. По-ниското термично съпротивление е по-добро.
| Термично съпротивление на радиатора | LED мощност | Очаквано повишение на температурата |
|---|---|---|
| 5,0 °C/W | 5 W | 25 °C |
| 5,0 °C/W | 15 W | 75 °C |
| 2,0 °C/W | 15 W | 30 °C |
За много LED чипове максималната температура на корпуса е 85–105 °C. Затова радиаторът трябва да поддържа температурата на корпуса под тази стойност при най-горещите очаквани условия. Проектантите често се стремят да поддържат температурното покачване под 40–50 °C, за да бъдат сигурни.
Контактно съпротивление и монтаж
Добрият термичен контакт между LED модула и основата на екструдирания профил е от голямо значение. Въздушната междина или тънкият термичен подложка могат да добавят съпротивление. Дори няколко десети от градуса на ват причиняват много градуси допълнителна топлина при натоварване. Когато екструдираният профил е с плоска основа, изработена с CNC машина, и модулът е притиснат с термична паста или подложка, контактът става силен. Когато се използва щампована или груба основа, контактът се влошава.
Също така понякога LED осветителните тела са затворени. Това пречи на конвекцията. Тогава радиаторът трябва да бъде много по-голям или да се използва активно охлаждане. При затворените осветителни тела дизайнерите трябва да изчислят общата топлина и да осигурят достатъчна повърхност и път на въздушния поток или да добавят вентилационни отвори или вентилатори.
Превишаването на границите на термичната устойчивост в LED радиаторите може да доведе до прегряване и да намали живота на LED диодите.Истински
Високата термична устойчивост означава лошо разсейване на топлината, което повишава температурата на LED над безопасната граница, съкращавайки живота му.
Докато радиаторът е алуминиев, няма термично ограничение за мощността на LEDФалшив
Дори алуминиевите радиатори имат ограничена капацитет; дизайнът е важен, а контактната повърхност и площта трябва да могат да поемат топлинното натоварване.
Как се отчита въздушният поток при проектирането на радиатори?
Лошият въздушен поток разваля добрия дизайн на радиатора. Дори отличното екструдиране и разположение на ребрата се провалят, ако въздухът остава неподвижен. Много LED светлини се намират в затворени корпуси или близо до стени. Без въздушен поток топлината остава близо до ребрата. Това води до натрупване на топлина и намалява охлаждането.
Въздушният поток е много важен. Проектантите трябва да съобразят ребрата на радиатора с отворите на осветителните тела, така че въздухът да се движи свободно през ребрата и да отнема топлината бързо.
Дизайн на въздушния път и фиксиращите елементи
Радиаторът не може да работи самостоятелно. Оборудването трябва да позволява на въздуха да преминава през ребрата. Ако оборудването е запечатано, дизайнерите трябва да добавят отвори за вентилация или да разчитат на конвекционен път нагоре или надолу. Дизайнерите трябва да обмислят къде отива горещият въздух. Обикновено горещият въздух се издига. Затова отворите за вентилация в горната част помагат. При външните LED улични лампи прегрятият въздух трябва да се отведе. Дизайнерите могат да добавят прорези или решетки. В противен случай топлината се задържа и се натрупва.
Влияние на скоростта на въздушния поток върху охлаждането
Дори малък въздушен поток помага. Вентилаторът или естественият вятър удвояват или утрояват преноса на топлина в сравнение с неподвижния въздух. Лекият бриз или малък вентилатор, свързан към осветителното тяло, значително увеличават охлаждащата мощност. Това означава, че същата екструзия може да охлажда LED диоди с по-висока мощност, ако въздухът се движи. Проектантите избират между по-голяма екструзия или добавяне на въздушен поток.
Примерни числа (приблизително):
- Неподвижен въздух, малка естествена конвекция: радиаторът намалява термичното съпротивление с около 30-50%.
- Лек въздушен поток (0,5–1,5 м/с): преносът на топлина се удвоява в сравнение с неподвижен въздух.
- Силен въздушен поток (3–5 m/s): по-ефективно охлаждане, ребрата остават близо до околната среда.
Комбиниран изглед: дизайнът на перките се съчетава с въздушния поток
Когато ребрата са гъсти и високи, но въздушният поток е слаб, въздушният поток се забавя вътре в ребрата. Тогава ефективната площ се свива. Ако въздушният поток е силен, високите гъсти ребра работят добре. Затова при проектирането трябва да се вземат предвид както гъстотата на ребрата, така и очакваният въздушен поток. Много LED осветителни тела избират умерена гъстота на ребрата и разчитат на пасивна конвекция или малък вентилационен поток в зависимост от осветителното тяло.
Дори малък принудителен въздушен поток значително подобрява охлаждащата ефективност на радиатора.Истински
Движещият се въздух отнема топлината от ребрата по-бързо от неподвижния въздух, като увеличава конвекционното охлаждане.
Плътните решетки от ребра охлаждат по-добре от редките, независимо от въздушния поток.Фалшив
Без въздушен поток, плътните ребра блокират въздушния поток и намаляват ефективното охлаждане, въпреки голямата повърхност.
Заключение
Алуминиевата екструзия отговаря добре на нуждите за охлаждане на LED, защото осигурява добър топлинен поток, персонализирана форма, ниско тегло и лесно производство. Разположението на ребрата, термичните ограничения и въздушният поток са от значение. Добрият дизайн на радиатора ги балансира. Подходящата екструзия, ребрата и въздушният поток поддържат LED диодите хладни и с дълъг живот.
