Алюминиевая экструзия для радиаторов светодиодных ламп?

Светодиодные лампы сильно нагреваются. Перегрев может сократить срок службы и изменить цвет. Многие конструкции не способны достаточно быстро отводить тепло. Правильный радиатор может решить эту проблему.

Алюминиевый экструзионный профиль идеально подходит для светодиодных радиаторов, поскольку он обладает высокой теплопроводностью, позволяет изготавливать изделия индивидуальной формы с ребрами для лучшего охлаждения, а также остается легким и экономичным при массовом производстве.

В этой статье рассматривается, почему алюминиевая экструзия работает так хорошо. Затем показано, как проектировать форму ребер, избегать тепловых ограничений и разумно использовать воздушный поток. Вы узнаете, что делает конструкцию экструзии подходящей для охлаждения светодиодов.

Что делает алюминиевую экструзию идеальной для охлаждения светодиодов?

Горячие светодиодные корпуса издают звуковой сигнал тревоги. Производители светодиодов беспокоятся о накоплении тепла, плохой теплоотдаче и тяжелых радиаторах. Плохая конструкция приводит к короткому сроку службы или перегоранию ламп.

Алюминиевый экструзионный профиль идеально подходит, поскольку он быстро отводит тепло, позволяет дизайнерам создавать различные формы для охлаждения и остается легким, благодаря чему светильники легко устанавливать.

Многие факторы делают алюминиевую экструзию подходящим материалом для светодиодных светильников. Во-первых, алюминий обладает высокой теплопроводностью по сравнению со многими другими материалами. Он может быстро отводить тепло от светодиодных чипов. Затем он распределяет тепло по всему корпусу экструзии. Это позволяет избежать появления горячих точек и контролировать температуру светодиодов. Во-вторых, экструзия — это гибкий процесс. Конструкторы могут проталкивать или вытягивать алюминий через форму. Это позволяет создавать длинные корпуса со сложным поперечным сечением. Ребра, полые детали, монтажные отверстия — все это можно сделать за один проход. Такая гибкость позволяет создавать светильники именно той формы, которая нужна.

Когда светодиодные модули работают с мощностью в сотни люмен, даже небольшие утечки тепла имеют значение. Тонкий лист или штампованный металл могут обеспечить только ограниченную площадь поверхности. Экструдированные ребра увеличивают площадь поверхности по сравнению с объемом и помогают отводить тепло в воздух. Кроме того, обработка поверхности может улучшить тепловое излучение или коррозионную стойкость. Например, анодированный алюминий повышает прочность, не ухудшая проводимость. Это важно, если светодиодные светильники работают на открытом воздухе. Одним словом, алюминиевая экструзия сочетает в себе сильный тепловой поток, широкие тепловые пути, свободу дизайна и контроль затрат.

Какие конфигурации ребер оптимизируют теплоотвод?

Плохая конструкция ребер убивает хорошие радиаторы. Некоторые ребра блокируют воздух или расположены слишком близко друг к другу. Другие слишком тонкие. Конструкторам необходимо правильно выбрать расположение, форму и расстояние между ребрами. Неправильный выбор замедляет охлаждение и приводит к потере материала.

Лучшие конфигурации ребер включают в себя множество тонких ребер, расположенных с интервалом, обеспечивающим циркуляцию воздуха, с формой, обеспечивающей большую площадь поверхности. Это помогает быстро и стабильно отводить тепло от металла в воздух.

Количество плавников, расстояние между ними и толщина

Хорошая конструкция ребер радиатора обеспечивает баланс между количеством ребер, расстоянием между ними и их толщиной. Если ребер слишком мало или они слишком толстые, уменьшается площадь поверхности. Если ребер слишком много или они слишком тонкие, воздух не может циркулировать и конвекция прекращается. Оптимальным является средний вариант: много ребер, но с достаточным расстоянием между ними для прохождения воздуха.

В одном из проектов, который я видел, использование ребер толщиной 2,2 мм с расстоянием между ними 4 мм обеспечивало лучшее охлаждение, чем ребра толщиной 3 мм с расстоянием между ними 2 мм. Воздушный поток был лучше, а площадь поверхности оставалась высокой.

Форма плавника и обработка поверхности

Ребра не обязательно должны быть плоскими. В некоторых конструкциях используются конические ребра. В других — изогнутые или волнообразные. Такие формы помогают разрушать пограничные слои воздуха. Разрушение пограничных слоев способствует попаданию свежего воздуха на поверхность ребер. Это улучшает теплопередачу в воздух. Также важна отделка поверхности. Чистая анодированная поверхность способствует излучению и противостоит коррозии. Для наружных светодиодных светильников это продлевает срок службы.

Пример: сравнение двух вариантов расположения ребер

Вот простой пример. Предположим, у нас есть два экструдированных радиатора с одинаковой шириной и толщиной основания. Один имеет 10 ребер, расположенных близко друг к другу, а другой — 6 ребер, расположенных на большом расстоянии друг от друга. При хорошем воздушном потоке конструкция с 6 ребрами, расположенными на большом расстоянии друг от друга, может охлаждаться лучше, поскольку воздушный поток не блокируется. При плохом воздушном потоке (например, в закрытом приспособлении) конструкция с 10 ребрами может не справляться со своей задачей, поскольку воздух не может проникать между ребрами.

Это показывает, что нет универсального дизайна, подходящего для всех. Дизайнер должен согласовать расположение ребер с воздушным потоком и типом крепления.

Существуют ли тепловые ограничения для применения светодиодов?

Теплоотводы для светодиодов очень мощные. Но любая конструкция имеет свои ограничения. Если при проектировании не учитываются максимальная температура или тепловое сопротивление, это негативно сказывается на сроке службы светодиодов. Перегрузка теплоотводов или слишком высокая мощность приводят к сокращению срока службы и ухудшению стабильности цвета.

Да. Теплоотводы светодиодов имеют ограничения: они должны поддерживать температуру корпуса светодиода ниже номинальной максимальной и безопасно рассеивать мощность. Превышение тепловых ограничений приводит к выходу из строя и сокращению срока службы.

Термическое сопротивление и температура перехода

Тепловые характеристики радиатора часто указываются в виде теплового сопротивления (°C/Вт). Этот показатель измеряет, на сколько градусов Цельсия повысится температура радиатора на каждый ватт тепла. Допустим, светодиодный модуль выделяет 10 Вт тепла. Тепловое сопротивление 5 °C/Вт означает повышение температуры на 50 °C. Если температура окружающей среды составляет 25 °C, корпус светодиода будет работать при температуре 75 °C, что, возможно, слишком высоко. Чем ниже тепловое сопротивление, тем лучше.

Для многих светодиодных чипов максимальная температура корпуса составляет 85–105 °C. Поэтому радиатор должен поддерживать температуру корпуса ниже этого значения в самых жарких ожидаемых условиях. Для обеспечения безопасности разработчики часто ставят целью повышение температуры ниже 40–50 °C.

Контактное сопротивление и монтаж

Хороший тепловой контакт между светодиодным модулем и основанием экструзии имеет большое значение. Воздушный зазор или тонкая тепловая прокладка могут увеличить сопротивление. Даже несколько десятых градуса на ватт приводят к дополнительному нагреву на несколько градусов под нагрузкой. Когда экструзия обрабатывается на станке с ЧПУ с плоским основанием, а модуль прижимается с помощью термопасты или прокладки, контакт становится более прочным. При использовании штампованного или шероховатого основания контакт ухудшается.

Кроме того, иногда светодиодные светильники имеют закрытую конструкцию. Это препятствует конвекции. В таком случае теплоотвод должен быть значительно больше или необходимо использовать активное охлаждение. В закрытых светильниках конструкторы должны рассчитать общее количество тепла и обеспечить достаточную площадь поверхности и путь воздушного потока или добавить вентиляционные отверстия или вентиляторы.

Как учитывается воздушный поток при проектировании радиатора?

Плохая циркуляция воздуха сводит на нет преимущества хорошей конструкции радиатора. Даже отличная экструзия и расположение ребер не помогут, если воздух не циркулирует. Многие светодиодные лампы находятся в закрытых корпусах или рядом со стенами. Без циркуляции воздуха тепло остается вблизи ребер. Это приводит к накоплению тепла и снижению эффективности охлаждения.

Воздушный поток имеет большое значение. Конструкторы должны согласовать ребра радиатора и отверстия креплений, чтобы воздух свободно циркулировал между ребрами и быстро отводил тепло.

Конструкция воздушного канала и крепления

Радиатор не может работать в одиночку. Конструкция должна обеспечивать циркуляцию воздуха между ребрами. Если конструкция герметична, разработчики должны добавить вентиляционные отверстия или использовать конвекционный путь вверх или вниз. Разработчики должны продумать, куда будет уходить горячий воздух. Обычно горячий воздух поднимается вверх. Поэтому вентиляционные отверстия в верхней части помогают. В наружных светодиодных уличных фонарях перегретый воздух должен выходить. Разработчики могут добавить щели или жалюзи. В противном случае тепло будет задерживаться и накапливаться.

Влияние скорости воздушного потока на охлаждение

Даже небольшой поток воздуха помогает. Вентилятор или естественный ветер удваивают или утраивают теплопередачу по сравнению с неподвижным воздухом. Легкий ветерок или небольшой вентилятор в светильнике значительно увеличивают охлаждающую способность. Это означает, что одна и та же экструзия может охлаждать светодиоды более высокой мощности, если воздух движется. Конструкторы выбирают между более крупной экструзией или добавлением воздушного потока.

Примеры цифр (приблизительное руководство):

• Неподвижный воздух, небольшая естественная конвекция: радиатор снижает тепловое сопротивление примерно на 30–50%.
• Слабый воздушный поток (0,5–1,5 м/с): теплопередача удваивается по сравнению с неподвижным воздухом.
• Сильный воздушный поток (3–5 м/с): более эффективное охлаждение, ребра остаются близкими к температуре окружающей среды.

Комбинированный вид: дизайн ребер и воздушный поток

Когда ребра плотные и высокие, но воздушный поток слабый, воздух задерживается внутри ребер. В результате эффективная площадь уменьшается. Если воздушный поток сильный, высокие плотные ребра работают хорошо. Поэтому при проектировании необходимо учитывать как плотность ребер, так и ожидаемый воздушный поток. Во многих светодиодных светильниках используется умеренная плотность ребер и пассивная конвекция или небольшой вентиляторный поток, в зависимости от типа светильника.

Заключение

Алюминиевая экструзия хорошо подходит для охлаждения светодиодов, поскольку обеспечивает хороший тепловой поток, индивидуальную форму, легкий вес и простоту производства. Важное значение имеют расположение ребер, тепловые ограничения и воздушный поток. Хорошая конструкция радиатора обеспечивает их сбалансированность. Правильная экструзия в сочетании с ребрами и воздушным потоком обеспечивает охлаждение светодиодов и их долговечность.