Czy diody LED wymagają radiatora?

 

Zapytaj pięciu inżynierów, czy dioda LED potrzebuje radiatora, a prawdopodobnie otrzymasz pięć różnych odpowiedzi. To zależy od mocy. To zależy od projektu. To zależy od tego, jak długo chcesz, żeby to trwało.* Frustrujące jest to, że wszyscy mają rację.

 

Oto krótka wersja: nie każda dioda LED potrzebuje radiatora, ale każda dioda LED, która ma znaczenie, prawdopodobnie tak.

 

 

Jeśli pozyskujesz komponenty LED do zastosowań komercyjnych,-pomyśl-oświetlenie wysokiego składowania, reflektory samochodowe, oświetlenie ogrodnicze lub podświetlenie wyświetlaczy-to pytanie nie jest tylko akademickie. Ma to bezpośredni wpływ na żywotność produktu, koszty gwarancji i to, czy klienci wymieniają oprawy na długo przed oczekiwaniem.

 

Przejdźmy zatem do szczegółów, które faktycznie mają znaczenie dla kogoś, kto zarabia na życie tworzeniem produktów.

 

Prosta fizyka kryje się za pytaniem

 

Diody LED są wydajniejsze w porównaniu do żarówek. Każdy to wie. Ale „wydajny” nie oznacza „fajny”. Standardowa dioda LED-wysokiej mocy przekształca od 30 do 50 procent swojej energii elektrycznej w światło. Reszta? Ciepło.

 

Ciepło to jest generowane bezpośrednio na złączu półprzewodnika-w maleńkim miejscu wewnątrz diody LED, w którym faktycznie zachodzi światło. Jeśli temperatura złącza wzrośnie zbyt wysoko, zacznie się dziać kilka rzeczy. Spada moc światła. Zmiany kolorów. Długość życia spada. W skrajnych przypadkach dioda LED ulega całkowitej awarii.

 

Zadanie radiatora jest proste: odprowadzić ciepło ze złącza i rozproszyć je w otaczającym powietrzu. Pytanie nie brzmi, czy należy zarządzać ciepłem. Zależy to od tego, czy dana aplikacja wymaga dedykowanego radiatora do tego zarządzania.

 

Kiedy możesz pominąć radiator

 

Diody LED niskiego-poboru mocy czasami mogą obejść się bez nich

W przypadku małych-diod LED o niskim poborze mocy-wskaźników na panelu sterowania, listew dekoracyjnych lub diod LED o mocy 0,5 wata lub mniejszej-często ciepło wytrzymuje sam element. Przewody lub mała ścieżka PCB zapewniają wystarczającą ścieżkę termiczną, aby utrzymać temperaturę złącza w granicach specyfikacji. Nie jest potrzebny radiator.

 

Ale tu jest haczyk. „Mała moc” jest względna. Jeśli umieścisz blisko siebie kilkanaście diod LED-o małej mocy na małej płytce, problemem będzie kumulowanie się ciepła. W tym momencie skutecznie budujesz aplikację o wyższej-gęstości mocy, a zarządzanie temperaturą znów staje się konieczne.

 

Diody LED średniej-–-dużej mocy prawie zawsze wymagają zarządzania temperaturą

Po wejściu w zakres diod LED o mocy 1-W i większej-zwłaszcza w przypadku współczesnych tablic COB o dużej-gęstości (chip-na-płycie), które pakują znaczną moc na niewielkiej powierzchni, praca bez radiatora prosi się o kłopoty.

 

Rozważmy typową 50-W diodę LED używaną w komercyjnych oprawach typu downlight lub oprawach typu high-bay. Bez odpowiednio zaprojektowanego radiatora temperatura złącza może w ciągu kilku minut przekroczyć 100 stopni. W tych temperaturach znamionowa żywotność diod LED wynosząca 50 000 godzin spada do około 10 000 godzin. W ciągu pierwszego roku wydajność świetlna może się pogorszyć o 30 procent lub więcej.

 

Nie jest to awaria komponentu. To jest wada produktu. A jeśli sprzedajesz te urządzenia, to staje się to twoim problemem.

 

Co właściwie robi odpowiedni radiator (poza byciem tylko metalowym elementem z żebrami)

Jeśli od jakiegoś czasu zaopatrujesz się w radiatory, wiesz, że nie wszystkie są sobie równe. Najbardziej powszechnym rozwiązaniem jest kawałek wytłaczanego aluminium z żebrami, ale inżynieria, która się za nim kryje, ma większe znaczenie, niż większość ludzi zdaje sobie sprawę.

 

Powierzchnia i przepływ powietrza

Radiator działa poprzez zwiększenie powierzchni dostępnej do przekazywania ciepła do otaczającego powietrza. Większa powierzchnia oznacza lepsze chłodzenie-do pewnego momentu. Gęstość żeberek, ich wysokość i orientacja wpływają na efektywność przepływu powietrza przez radiator. W przypadku chłodzenia pasywnego (bez wentylatora) żeberka muszą być rozmieszczone tak, aby mogła zadziałać naturalna konwekcja. Zbyt wiele płetw jest zbyt ciasno upakowanych i przepływ powietrza jest zablokowany. Sprzeczne z intuicją, ale prawdziwe.

 

Przewodność materiału

Aluminium jest standardem nie bez powodu. Zapewnia doskonałą przewodność cieplną (około 200 W/m·K dla typowych stopów, takich jak 6063), jest lekki i można go wytłaczać, obrabiać maszynowo lub-odlewać ciśnieniowo w skomplikowane kształty. Miedź lepiej przewodzi ciepło, ale jest cięższa i droższa. W przypadku większości zastosowań LED aluminium trafia w idealny punkt.

 

Interfejs ma znaczenie

To jest ta część, która jest pomijana. Radiator działa tylko wtedy, gdy ciepło może rzeczywiście przedostać się z diody LED do radiatora. Oznacza to właściwy montaż, płaskie powierzchnie i zazwyczaj materiał interfejsu termicznego,-pastę termiczną, podkładki lub-materiały zmieniające fazę-w celu wypełnienia mikroskopijnych szczelin między obudową diod LED a powierzchnią radiatora. Pomiń to, a równie dobrze możesz całkowicie pominąć radiator.

 

Jak poznać, czego naprawdę potrzebujesz

Jeśli projektujesz produkt oparty na diodach LED, pytanie nie brzmi tak naprawdę: „czy potrzebuję radiatora?” Pytanie brzmi: „Jak dużo zarządzania ciepłem wymaga ten projekt?”

 

Oto praktyczny sposób myślenia o tym:

- Aplikacje ze wskaźnikami niskiego-poboru mocy (łącznie poniżej 1 W):Prawdopodobnie będzie ok bez dedykowanego radiatora. Zalanie miedzią PCB może być wystarczające.

- Niska-do-mocy (łącznie 1–10 W):Zwykle niezbędny jest mały wytłaczany lub tłoczony radiator. Często wystarczające jest chłodzenie pasywne.

- Średnia-do-mocy (łącznie 10 W–100 W+):Niestandardowe, wytłaczane, obrabiane maszynowo lub-klejone radiatory z żeberkami stają się normą. Chłodzenie pasywne nadal działa, jeśli konstrukcja pozwala na odpowiednią powierzchnię. Jeśli przepływ powietrza jest ograniczony lub temperatura otoczenia jest wysoka, może być konieczne rozważenie wymuszonego chłodzenia (wentylatory).

- Macierze-o dużej gęstości i moduły COB:Często wymagają one aktywnego chłodzenia lub wysoce zoptymalizowanych rozwiązań pasywnych o znacznej powierzchni. Gęstość cieplna jest po prostu zbyt wysoka, aby można było sobie z nią poradzić w inny sposób.

 

Koszt popełnienia błędu

Tutaj jest mowa o zarządzaniu ciepłem. Jeśli zmniejszysz rozmiar radiatora lub całkowicie go pominiesz, rzadko zdarza się, aby awaria była natychmiast widoczna. Produkt przechodzi wstępne testy. Przez pierwsze kilka miesięcy użytkowania wygląda dobrze. Ale szkody kumulują się.

 

Żywotność diod LED jest zgodna z modelem Arrheniusa-w zasadzie każde 10 stopni wzrostu temperatury złącza skraca żywotność o mniej więcej połowę. Zatem produkt zaprojektowany tak, aby wytrzymać 50 000 godzin w temperaturze złącza 85 stopni, może przetrwać jedynie 25 000 godzin w temperaturze 95 stopni i 12 500 godzin w temperaturze 105 stopni.

 

Jeśli sprzedajesz klientom komercyjnym-zarządcom obiektów, producentom OEM z branży motoryzacyjnej i specjalistom ds. specyfikacji oświetlenia-oni oczekują tych 50 000 godzin. Podejmują decyzje na podstawie tej liczby. Kiedy awarie zaczynają się pojawiać po 20 000 godzin, nie wystarczy jedynie wymienić diody LED. Zastępujesz zaufanie klientów.

 

Czego szukać u partnera zajmującego się radiatorem

Jeśli doszedłeś do wniosku, że tak, Twoje diody LED wymagają radiatorów-i jeśli to czytasz, prawdopodobnie tak jest-następne pytanie dotyczy tego, kto je produkuje.

 

Nie każdy dostawca radiatorów rozumie zastosowania diod LED. Najlepsi zadają Ci właściwe pytania: Jaka jest docelowa temperatura złącza? Jakie jest otoczenie? Czy masz chłodzenie pasywne czy aktywne? Czy potrzebujesz radiatora, który będzie jednocześnie elementem konstrukcyjnym lub obudową?

Zrozumieją również, że w zastosowaniach LED radiator jest często częścią identyfikacji wizualnej produktu. Szczególnie w przypadku produktów architektonicznych lub produktów-konsumenckich radiator musi wyglądać dobrze, być odpowiednio wykończony i dobrze komponować się z resztą projektu.

 

 

Na Radiator ZPprojektujemy i produkujemy rozwiązania termiczne do zastosowań LED w sektorach komercyjnym, motoryzacyjnym i przemysłowym. Pracujemy z aluminium-wytłaczanym, obrabianym i klejonym-żebrowanym-i zajmujemy się wszystkim, od modelowania termicznego po produkcję. Jeśli opracowujesz produkt LED i chcesz już za pierwszym razem zapewnić prawidłowe zarządzanie temperaturą, zapoznaj się z tym, co robimy na stronie www.zpheatsink.com. Lub sięgnij. Chętnie porozmawiamy o Twoim konkretnym zastosowaniu.

 

RADIATOR ZPod 20 lat specjalizuje się w niestandardowych rozwiązaniach w zakresie radiatorów. Prześlij swoje wymagania za pośrednictwemwww.zpheatsink.com/contact-naslub prześlij rysunki techniczne na adresgeneral@zp-aluminum.comaby rozpocząć pierwszy etap projektu radiatora LED.

 

Od rysunku do rzeczywistości, ZP pomaga Ci to osiągnąć.