Porównanie pięciu typów radiatorów do opraw oświetleniowych LED

Największym wyzwaniem technicznym, z jakim obecnie mierzą się oprawy oświetleniowe LED, jest kwestia odprowadzania ciepła. Słabe odprowadzanie ciepła powoduje, że zasilacz sterownika LED i kondensatory elektrolityczne stają się wąskimi gardłami w dalszym rozwoju opraw oświetleniowych LED, a także przyczyną przedwczesnego starzenia się źródła światła LED.

 

Obecnie, gdy źródło światła LED jest włączone, około 30% energii elektrycznej jest przekształcane w energię świetlną, a reszta w energię cieplną. Dlatego szybkie rozpraszanie tej dużej ilości ciepła jest kluczowym aspektem technicznym konstrukcji oprawy LED. Energia cieplna musi być rozpraszana poprzez przewodzenie ciepła, konwekcję ciepła i promieniowanie cieplne. Tylko szybkie rozpraszanie ciepła może skutecznie obniżyć temperaturę wnęki wewnątrz oprawy LED, chroniąc zasilacz przed pracą w środowisku o stałej wysokiej temperaturze i zapobiegając przedwczesnemu starzeniu się źródła światła LED z powodu długotrwałej pracy w wysokiej temperaturze.

 

Przyjrzyjmy się bliżej ZP HEAT SINK, aby poznać ścieżki odprowadzania ciepła w oprawach oświetleniowych LED:

Ponieważ źródła światła LED nie mają promieni podczerwonych ani ultrafioletowych, nie mają zdolności rozpraszania ciepła przez promieniowanie. Dlatego ścieżka rozpraszania ciepła opraw oświetleniowych LED może polegać tylko na radiatorach ściśle połączonych z płytką koralików lampy LED w celu rozpraszania ciepła. Radiatory muszą mieć funkcje przewodzenia ciepła, konwekcji ciepła i promieniowania cieplnego.

 

Każdy radiator, oprócz szybkiego przewodzenia ciepła ze źródła ciepła do powierzchni radiatora, opiera się przede wszystkim na konwekcji i promieniowaniu, aby rozproszyć ciepło do powietrza. Przewodzenie ciepła dotyczy tylko ścieżki transferu, podczas gdy konwekcja ciepła jest główną funkcją radiatora. Wydajność rozpraszania ciepła jest głównie określana przez obszar rozpraszania ciepła, kształt i zdolność naturalnej konwekcji. Promieniowanie cieplne odgrywa jedynie rolę uzupełniającą.

 

Do powszechnie stosowanych metod odprowadzania ciepła zalicza się radiatory z odlewanego ciśnieniowo aluminium, radiatory z wytłaczanego aluminium, radiatory z tłoczonego aluminium, radiatory z kompozytu aluminiowo-plastikowego oraz radiatory z plastiku o wysokiej przewodności cieplnej.

 

Radiator aluminiowy odlewany ciśnieniowo
Koszt produkcji jest kontrolowany, ale żebra chłodzące nie mogą być cienkie, co utrudnia maksymalizację powierzchni rozpraszania ciepła. Typowe materiały odlewnicze do radiatorów lamp LED to ADC10 i ADC12.

 

Radiator aluminiowy wytłaczany
Ciekłe aluminium jest wytłaczane do kształtu przez stałą formę, a następnie pręt jest cięty do wymaganego kształtu radiatora poprzez obróbkę skrawaniem, co prowadzi do wyższych kosztów obróbki końcowej. Żebra chłodzące mogą być bardzo cienkie i liczne, co znacznie zwiększa obszar rozpraszania ciepła. Żebra chłodzące automatycznie tworzą konwekcję powietrza, aby rozpraszać ciepło podczas pracy, co skutkuje lepszym rozpraszaniem ciepła. Typowymi materiałami są AL6061 i AL6063.

 

 

Radiator aluminiowy tłoczony
Za pomocą prasy dziurkującej i formy, stalowe lub aluminiowe płyty ze stopu są tłoczone i ciągnione, aby utworzyć radiatory w kształcie miseczek. Wewnętrzne i zewnętrzne obwody tłoczonych radiatorów są gładkie, ale obszar rozpraszania ciepła jest ograniczony ze względu na brak żeberek. Typowe materiały ze stopu aluminium to 5052, 6061 i 6063. Tłoczone części są lekkie i mają wysokie wykorzystanie materiału, co czyni je niedrogim rozwiązaniem.

 

 

Przewodność cieplna radiatorów ze stopu aluminium jest stosunkowo idealna, co czyni je odpowiednimi do izolowanych zasilaczy impulsowych o stałym prądzie. W przypadku nieizolowanych zasilaczy impulsowych o stałym prądzie konstrukcja lampy musi zapewniać izolację zasilaczy AC i DC, wysokiego i niskiego napięcia, aby uzyskać certyfikat CE lub UL.

 

Radiator kompozytowy aluminiowo-plastikowy
To radiator z powłoką z tworzywa termoplastycznego i rdzeniem aluminiowym. Tworzywo termoplastyczne i rdzeń radiatora aluminiowego są formowane w jednym kroku na wtryskarce, a rdzeń radiatora aluminiowego jest wstępnie przetwarzany jako osadzona część. Ciepło z koralików lampy LED jest szybko odprowadzane do tworzywa termicznego przez rdzeń radiatora aluminiowego. Tworzywo termiczne tworzy konwekcję powietrza za pomocą swoich licznych skrzydeł, aby rozproszyć ciepło i wypromieniowuje część ciepła ze swojej powierzchni.

 

 

Gęstość tworzywa termoplastycznego w porównaniu do odlewanego ciśnieniowo aluminium i ceramiki
Gęstość tworzywa termoplastycznego jest o 40% mniejsza niż w przypadku odlewanego ciśnieniowo aluminium i ceramiki. W przypadku radiatorów o tym samym kształcie ciężar radiatora z kompozytu aluminiowo-plastikowego można zmniejszyć o prawie jedną trzecią. W porównaniu do radiatorów całkowicie aluminiowych koszt przetwarzania jest niższy, cykl przetwarzania jest krótszy, a temperatura przetwarzania jest niższa. Gotowy produkt nie jest łatwo tłukący się. Klienci mogą używać własnych maszyn do formowania wtryskowego do produkcji opraw oświetleniowych o zróżnicowanych wzorach. Radiatory z kompozytu aluminiowo-plastikowego mają dobre właściwości izolacyjne i łatwo spełniają normy bezpieczeństwa.

 

 

Radiator z tworzywa sztucznego o wysokiej przewodności cieplnej
Radiator z tworzywa sztucznego o wysokiej przewodności cieplnej to w pełni plastikowy radiator o współczynniku przewodności cieplnej kilkadziesiąt razy wyższym niż zwykły plastik, osiągający 2-9 W/m·K. Ma doskonałe właściwości przewodzenia ciepła i promieniowania cieplnego. Jest to nowy rodzaj izolacyjnego materiału rozpraszającego ciepło, który można stosować w lampach o różnej mocy, szeroko stosowany w lampach LED o mocy od 1 W do 200 W.

Plastik o wysokiej przewodności cieplnej ma poziom napięcia wytrzymywanego do 6000 V AC, nadaje się do stosowania z nieizolowanymi zasilaczami stałoprądowymi i liniowymi zasilaczami stałoprądowymi HVLED o wysokim napięciu. Dzięki temu takie oprawy oświetleniowe LED łatwo przechodzą rygorystyczne testy bezpieczeństwa, takie jak CE, TUV i UL. HVLED działa pod wysokim napięciem (VF=35-280VDC) i niskim prądem (IF=20-60mA), co zmniejsza ciepło wytwarzane przez płytkę koralików lampy HVLED. Radiatory z tworzywa sztucznego o wysokiej przewodności cieplnej można wytwarzać przy użyciu tradycyjnych maszyn do formowania wtryskowego i wytłaczania.

 

Wewnątrz radiatora z tworzywa sztucznego o wysokiej przewodności cieplnej jony metalu wielkości nano są gęsto rozmieszczone wśród cząsteczek PLA, które mogą szybko się poruszać w wysokich temperaturach, zwiększając energię promieniowania cieplnego. Jego aktywność jest lepsza niż w przypadku radiatorów z materiału metalowego. Radiatory z tworzywa sztucznego o wysokiej przewodności cieplnej są odporne na wysokie temperatury, nie pękają ani nie odkształcają się po pięciu godzinach w temperaturze 150 stopni. W przypadku stosowania z liniowymi układami sterowania IC o wysokim napięciu i stałym prądzie nie wymagają kondensatorów elektrolitycznych i dużych cewek indukcyjnych, co znacznie wydłuża żywotność całej lampy LED. Nieizolowane układy zasilania oferują wysoką wydajność i niski koszt, dzięki czemu są szczególnie odpowiednie do zastosowań w świetlówkach fluorescencyjnych i lampach przemysłowych i górniczych dużej mocy.

 

Radiatory z tworzywa sztucznego o wysokiej przewodności cieplnej mogą być zaprojektowane z wieloma cienkimi żebrami chłodzącymi. Żebra chłodzące mogą być bardzo cienkie i liczne, znacznie zwiększając obszar rozpraszania ciepła. Żebra chłodzące automatycznie tworzą konwekcję powietrza, aby rozproszyć ciepło podczas pracy, co skutkuje dobrym rozpraszaniem ciepła. Ciepło z koralików lampy LED jest bezpośrednio przewodzone do żeber chłodzących przez tworzywo sztuczne o wysokiej przewodności cieplnej i szybko rozpraszane przez konwekcję powietrza i promieniowanie powierzchniowe.

 

Gęstość radiatorów z tworzywa sztucznego o wysokiej przewodności cieplnej jest lżejsza od gęstości aluminium. Gęstość aluminium wynosi 2700 kg/m³, podczas gdy gęstość plastiku wynosi 1420 kg/m³, czyli mniej więcej połowę gęstości aluminium. Dlatego w przypadku radiatorów o tym samym kształcie waga radiatorów z tworzywa sztucznego stanowi tylko połowę wagi radiatorów aluminiowych. Ponadto obróbka jest prosta, a cykl formowania jest skrócony o 20-50%, co również obniża koszty.

 

Powyższe informacje udostępnia zespół techniczny ZP HEAT SINK. Proszę kontynuować śledzenie ZP HEAT SINK, aby uzyskać więcej ekscytujących treści.