Alumiiniumist ekstrusioon LED-jahutusradiaatoritele?

LED-valgustid kuumenevad. Ülekuumenemine võib lühendada nende eluiga ja muuta värvi. Paljud disainilahendused ei suuda soojust piisavalt kiiresti ära juhtida. Õige jahutusradiaator võib selle probleemi lahendada.

Alumiiniumist ekstrusioon on ideaalne LED-jahutusradiaatorite jaoks, kuna see pakub head soojusjuhtivust, võimaldab valmistada kohandatud kujuga ribidega jahutusradiaatoreid ja on masstootmises kerge ja kulutõhus.

Käesolevas artiklis uuritakse, miks alumiiniumist ekstrusioon nii hästi toimib. Seejärel näidatakse, kuidas kujundada ribide kuju, vältida termilisi piiranguid ja kasutada õhuvoolu mõistlikult. Saate teada, mis teeb ekstrusioonikujunduse LED-i jahutamiseks sobivaks.

Miks on alumiiniumprofiilid ideaalsed LED-valgustite jahutamiseks?

Kuumad LED-potid annavad häiret. LED-tootjad muretsevad soojuse kogunemise, halbade soojusradade ja raskete jahutusradiaatorite pärast. Halb disain lühendab eluiga või põhjustab valgustite põlemist.

Alumiiniumist ekstrusioon on ideaalne, kuna see juhib soojust kiiresti edasi, võimaldab disaineritel luua mitmesuguseid jahutusvorme ja on kerge, mistõttu on seadmed lihtne paigaldada.

Paljud asjad muudavad alumiiniumist ekstrusiooni sobivaks LED-valgustite jaoks. Esiteks on alumiiniumil paljude materjalidega võrreldes kõrge soojusjuhtivus. See suudab LED-kiipidest soojuse kiiresti ära juhtida. Seejärel levib soojus ekstrusiooni korpuse piki. See aitab vältida kuumade kohtade tekkimist ja hoiab LED-valgustite temperatuuri kontrolli all. Teiseks on ekstrusioon paindlik protsess. Disainerid saavad alumiiniumi vormitud matriitsi kaudu suruda või tõmmata. See loob pikad korpused keerulise ristlõikega. Ühe tööga on võimalik valmistada ribid, õõnsad osad ja kinnitusaugud. See paindlikkus võimaldab disainida valgusti jaoks täpselt sobiva kuju.

Kui LED-moodulid töötavad sadade luumenitega, on oluline isegi väike soojusleke. Õhuke leht või stantsitud metall pakub vaid piiratud pindala. Ekstrudeeritud ribid suurendavad pindala võrreldes mahuga märkimisväärselt ja aitavad soojust õhku juhtida. Ka pinnaviimistlus võib parandada soojuskiirgust või korrosioonikindlust. Näiteks anodeeritud alumiinium suurendab vastupidavust, kahjustamata oluliselt juhtivust. See on oluline, kui LED-valgustid töötavad välitingimustes. Lühidalt öeldes ühendab alumiiniumekstrusioon tugeva soojusvoo, laiad soojusrajad, disainivabaduse ja kulude kontrolli.

Millised ribide konfiguratsioonid optimeerivad soojuse hajumist?

Halb ribide disain rikub head jahutusradiaatorid. Mõned ribid takistavad õhu liikumist või asuvad liiga lähedal. Teised on liiga õhukesed. Disainerid peavad valima õige paigutuse, ribide kuju ja ribide vahekauguse. Valed valikud aeglustavad jahutamist ja raiskavad materjali.

Parimad ribide konfiguratsioonid hõlmavad paljusid õhuvoolu võimaldavaid õhukesi ribisid, millel on suur pindala. See aitab soojust metallist õhku kiiresti ja ühtlaselt juhtida.

Uimede arv, uimede vahekaugus ja paksus

Hea jahutusribide paigutus tasakaalustab ribide arvu, vahekauguse ja paksuse. Kui ribisid on liiga vähe või need on liiga paksud, kaotate pindala. Kui ribisid on liiga palju või need on liiga õhukesed, ei saa õhk voolata ja konvektsioon peatub. Parim on keskmine variant: palju ribisid, kuid piisavalt vahekaugusega, et õhk saaks läbi voolata.

Ühes nägemuses oli 2,2 mm paksuste ribide vahekaugusega 4 mm jahutus parem kui 3 mm paksuste ribide vahekaugusega 2 mm. Õhuvool oli parem ja pindala jäi suureks.

Uime kuju ja pinnatöötlus

Ribid ei pea olema lamedad. Mõned disainilahendused kasutavad koonilisi ribisid. Teised kasutavad kõveraid või lainelisi kujundeid. Need kujundid aitavad häirida õhu piirkihti. Piirkihi häirimine aitab värskel õhul ribide pindadega kokku puutuda. See parandab soojuse ülekandumist õhku. Ka pinna viimistlus on oluline. Puhas, anodeeritud pind aitab kaasa emissiivsusele ja on korrosioonikindel. Välistingimustes kasutatavate LED-valgustite puhul pikendab see nende eluiga.

Näide: kahe uime paigutuse võrdlus

Siin on lihtne näide. Oletame, et meil on kaks ekstrudeeritud jahutusradiaatorit, millel on sama aluslaius ja paksus. Ühel on 10 tihedalt paigutatud ribi, teisel on 6 laialt paigutatud ribi. Hea õhuvoolu korral võib 6 laialt paigutatud ribiga disain jahutada paremini, kuna õhuvool ei ole takistatud. Halva õhuvoolu korral (nagu suletud seadmes) võib 10 ribiga disain ebaõnnestuda, kuna õhk ei pääse ribidesse.

See näitab, et ühtset disaini, mis sobiks kõigile, ei ole olemas. Disainer peab sobitama ribide paigutuse õhuvoolu ja kinnituse tüübiga.

Kas LED-rakendustel on termilised piirangud?

LED-jahutusradiaatorid on võimsad. Kuid igal konstruktsioonil on oma piirid. Kui konstruktsioonis ei arvestata maksimaalset temperatuuri või soojustakistust, lüheneb LED-i eluiga. Jahutusradiaatorite ülerahvastatus või liiga suure võimsuse kasutamine kahjustab pika eluea ja värvistabiilsuse saavutamist.

Jah. LED-jahutusradiaatoritel on piirangud: nad peavad hoidma LED-korpuse temperatuuri alla nimimaksimaalse temperatuuri ja hajutama võimsuse ohutult. Termiliste piirangute ületamine põhjustab rikkeid ja lühendab eluiga.

Soojustakistus ja ühenduskohtade temperatuur

Soojusvaheti soojusülekande võimsus väljendatakse sageli soojustakistusena (°C/W). See näitab, mitu kraadi Celsiuse järgi soojusvaheti temperatuur tõuseb ühe vati soojuse kohta. Oletame, et LED-moodul eraldab 10 W soojust. Soojustakistus 5 °C/W tähendab 50 °C temperatuuri tõusu. Kui ümbritseva keskkonna temperatuur on 25 °C, töötab LED-korpus 75 °C juures, mis on võib-olla liiga kõrge. Madalam soojustakistus on parem.

Paljude LED-kiipide maksimaalne korpuse temperatuur on 85–105 °C. Seega peab jahutusradiaator hoidma korpuse temperatuuri allpool seda taset kõige kuumemates eeldatavates tingimustes. Disainerid seavad ohutuse tagamiseks sageli eesmärgiks temperatuuri tõusu alla 40–50 °C.

Kontaktresistentsus ja paigaldamine

Hea soojusülekande kontakt LED-mooduli ja ekstrusiooni aluse vahel on väga oluline. Õhuvahe või õhuke soojuspad võib suurendada takistust. Isegi mõni kümnendik kraadi vati kohta põhjustab koormuse all mitme kraadi lisasoojust. Kui ekstrusioon on CNC-töödeldud lame alus ja moodul on pressitud soojuspastaga või -padjaga, on kontakt tugev. Stantsitud või kareda aluse kasutamisel kannatab kontakt.

Mõnikord on LED-valgustid ka kinnised. See takistab konvektsiooni. Sel juhul peab jahutusradiaator olema palju suurem või tuleb kasutada aktiivset jahutust. Kinnises valgustis peavad disainerid arvutama kogusoojuse ja tagama piisava pindala ja õhuvoolu tee või lisama ventilatsiooniavad või ventilaatorid.

Kuidas arvestatakse õhuvoolu jahutusradiaatori disainis?

Halb õhuvool rikub hea jahutusradiaatori disaini. Isegi suurepärane ekstrusioon ja ribide paigutus ei toimi, kui õhk seisab paigal. Paljud LED-valgustid asuvad suletud korpuses või seinte lähedal. Ilma õhuvooluta jääb soojus ribide lähedale. See põhjustab soojuse kogunemist ja vähendab jahutust.

Õhuvool on väga oluline. Disainerid peavad sobitama jahutusribid ja kinnitusava, et õhk saaks vabalt ribide vahel liikuda ja soojuse kiiresti ära viia.

Õhutee ja kinnituste konstruktsioon

Soojusvaheti ei saa töötada üksi. Seade peab võimaldama õhu voolu ribide vahel. Kui seade on suletud, peavad disainerid lisama ventilatsiooniavad või tuginema üles- või allapoole suunatud konvektsioonile. Disainerid peavad mõtlema, kuhu kuum õhk läheb. Tavaliselt tõuseb kuum õhk ülespoole. Seega aitavad ülaosas asuvad ventilatsiooniavad. Välistingimustes kasutatavates LED-tänavavalgustites peab ülekuumenenud õhk väljuma. Disainerid võivad lisada pilud või lamellid. Muidu jääb soojus kinni ja koguneb.

Õhuvoolu kiiruse mõju jahutusele

Isegi väike õhuvool aitab. Ventilaator või looduslik tuul kahekordistab või kolmekordistab soojusülekande võrreldes liikumatu õhuga. Kerge tuuleõhk või väike ventilaator ühendus seadmes suurendab oluliselt jahutusvõimsust. See tähendab, et sama ekstrusioon võib jahutada suurema võimsusega LED-e, kui õhk liigub. Disainerid valivad suurema ekstrusiooni või õhuvoolu lisamise vahel.

Näite numbrid (ligikaudne juhis):

• Liikumatu õhk, väike loomulik konvektsioon: jahutusradiaator vähendab soojustakistust umbes 30–50% võrra.
• Kerge õhuvool (0,5–1,5 m/s): soojusülekande kiirus on kaks korda suurem kui seisvas õhus.
• Tugev õhuvool (3–5 m/s): jahutus on tõhusam, ribid jäävad ümbritseva õhu temperatuuri lähedale.

Kombineeritud vaade: uime disain kohtub õhuvooluga

Kui ribid on tihedad ja kõrged, kuid õhuvool on nõrk, siis õhuvool ribide sees seiskub. Seejärel väheneb efektiivne pindala. Kui õhuvool on tugev, siis töötavad kõrged tihedad ribid hästi. Seega tuleb disainis arvestada nii ribide tihedust kui ka eeldatavat õhuvoolu. Paljud LED-valgustid valivad mõõduka ribide tiheduse ja tuginevad passiivse konvektsiooni või väikese ventilaatori voolule, sõltuvalt valgustist.

Kokkuvõte

Alumiiniumist ekstrusioon sobib hästi LED-i jahutuse vajadustega, kuna tagab hea soojusvoo, kohandatud kuju, kerge kaalu ja lihtsa tootmise. Olulised on ribide paigutus, soojuspiirangud ja õhuvool. Hea jahutusradiaatori disain tasakaalustab need. Õige ekstrusioon koos ribide ja õhuvooluga hoiab LED-id jahedana ja pikendab nende eluiga.