Otras ventajas técnicas de los LED sobre las fuentes de luz tradicionales incluyen una larga vida útil, una respuesta rápida, una eficiencia lumínica potencialmente alta, un tamaño pequeño y un espectro estrecho. Pero en esencia, entre las muchas ventajas, las tres más importantes son la alta eficiencia potencial, el tamaño pequeño y el espectro estrecho de los LED, que los distinguen de las fuentes de luz tradicionales y amplían sus aplicaciones en una variedad de campos. Sin embargo, es precisamente debido a su pequeño tamaño y características de alta eficiencia lumínica, por lo que los LED aún existen en la aplicación de obstáculos: el problema de la disipación de calor.
Palabras clave
LED de calor fregadero
El enfriamiento en el desarrollo de LED debe resolver el problema
Las interacciones de disipación de calor interna y externa determinan el rendimiento de disipación de calor del LED
La matriz de microtubos de calor tiene una absorción de calor de alta eficiencia.
Contenido del artículo
Con la tecnología actual de fabricación de semiconductores, los LED de alta potencia convierten solo alrededor del 15 por ciento de su potencia de entrada en luz y el 85 por ciento restante en calor. Y una mala disipación del calor provocará un envejecimiento acelerado del chip y reducirá la vida útil del LED. Si no hay un buen método de disipación del calor, el calor del chip no se puede dispersar, lo que provocará la falla del chip. Por lo tanto, el problema de la disipación del calor del chip LED se ha convertido en un obstáculo para la aplicación de la tecnología LED.
Si el calor del chip LED no puede escapar, acelerará el envejecimiento del chip y puede provocar la fusión de la soldadura, lo que provocaría la falla del chip. La luminiscencia del LED se genera por la transición de electrones entre bandas de energía y su espectro no contiene luz infrarroja. El calor del LED no se puede irradiar, por lo que se lo denomina fuente de luz fría.
Los LED generalmente están encapsulados con resina epoxi, que tiene una conductividad térmica muy pobre y solo se puede disipar mediante pines debajo del chip. Los LED de brillo tradicional, debido a su pequeña potencia luminosa, no generan mucho calor, por lo que no hay problemas de disipación de calor. El LED de tipo de potencia utilizado en iluminación requiere una pluralidad de módulos de fuente de luz LED para lograr el flujo luminoso requerido.
Para dispositivos de alta potencia, la potencia de entrada es ≥1W y el tamaño del chip está entre 2.5 mm × 2.5 mm ~ 10 mm × 20 mm. La densidad de potencia del chip es muy alta, por lo que debe soportar un calor extremadamente alto en un paquete LED pequeño. En la actualidad, la eficiencia de captación de luz del LED solo puede alcanzar el 80% ~ 90%, y el XNUMX% ~ XNUMX% de la energía se convierte en calor. Si el calor del chip LED no se puede dispersar, acelerará el envejecimiento del chip, pero también puede provocar la fusión de la soldadura, por lo que el chip falla, el rendimiento específico es: primero, la intensidad de la luz se reduce. Con el aumento de la temperatura de la unión del chip, la eficiencia luminosa del chip también disminuirá. Cuanto mayor sea la temperatura de la unión del chip, más rápido disminuirá la intensidad luminosa. En segundo lugar, la longitud de onda principal de luminiscencia se desvía, lo que resulta en una disminución de la eficiencia de la conversión de la luz. Tres es acelerar la descomposición de la luz del LED, reduciendo seriamente la vida útil del LED.
Por lo tanto, el problema de disipación de calor del chip LED de tipo de potencia se convierte en el obstáculo de la aplicación de la tecnología LED en la ingeniería de iluminación. Para garantizar el funcionamiento normal del LED de tipo de potencia, es necesario garantizar que la temperatura de la unión de trabajo del LED esté dentro del rango de temperatura permitido a través de un diseño de disipación de calor eficaz. Cuanto mayor sea la capacidad de disipación de calor, menor será la temperatura de la unión. La energía térmica debe transmitirse a través de la conducción de calor, la convección de calor y la radiación de calor. Debido a que la fuente de luz LED en sí no tiene infrarrojos ni ultravioleta, por lo que la fuente de luz LED en sí no tiene función de disipación de calor por radiación, la forma de disipación de calor de las lámparas de iluminación LED solo se puede exportar a través del radiador combinado estrechamente con la placa de perlas de la lámpara LED. Solo exportando el calor lo antes posible podemos reducir eficazmente la temperatura de la cavidad de la lámpara LED, para proteger la fuente de alimentación de trabajar en un entorno de alta temperatura permanente, para evitar el envejecimiento prematuro de la fuente de luz LED debido al trabajo a alta temperatura a largo plazo. El problema de disipación de calor del sistema de iluminación LED tiene principalmente dos aspectos: uno es la disipación de calor (conducción de calor) en el chip de potencia LED, que involucra la tecnología de empaquetado del dispositivo; el segundo es la disipación de calor externa del chip de potencia LED, que involucra principalmente la conducción de calor del sustrato, el radiador de aletas y la transferencia de calor por convección con el aire ambiente.
En la actualidad, los principales métodos utilizados para resolver el problema de disipación de calor del sistema de iluminación LED de tipo de potencia son: ajustar el espaciado de los LED, disipación de calor por convección natural, instalar un ventilador o disipación de calor forzada refrigerada por agua, disipación de calor por tubo de calor y tubo de calor de bucle. Bajo la tendencia de desarrollo de la integración de LED con alta densidad y alta producción de calor y caudal, se hace muy necesario lograr una rápida disipación de calor por medio de una eficiente transferencia de calor del tubo de calor. Además, el dispositivo de disipación de calor existente enfatiza el enlace de conducción de calor e ignora el enlace de disipación de calor por convección, aunque muchos fabricantes han considerado una variedad de medidas para mejorar el enlace de conducción de calor: como el uso de tubo de calor, más grasa de silicona conductora térmica, pero no se dan cuenta de que el calor depende en última instancia de la superficie exterior de la lámpara, ignoran el equilibrio de la transferencia de calor, si la distribución de la temperatura de la aleta es seriamente desigual, conducirá a que parte de la eficiencia de la aleta (parte de baja temperatura) se reduzca en gran medida. Los dispositivos de enfriamiento existentes para iluminación LED todavía están limitados a componentes de iluminación LED de bajo consumo, y el efecto no es obvio, tiene un alto costo y no es fácil de aplicar a la producción real.
Si el calor del chip LED no puede escapar, acelerará el envejecimiento del chip y puede provocar la fusión de la soldadura, lo que provocaría la falla del chip. La luminiscencia del LED se genera por la transición de electrones entre bandas de energía y su espectro no contiene luz infrarroja. El calor del LED no se puede irradiar, por lo que el LED se denomina fuente de luz fría. El LED generalmente está encapsulado por resina epoxi, que tiene una conductividad térmica muy pobre y solo se puede disipar mediante pines debajo del chip. El LED de brillo tradicional debido a la pequeña potencia luminosa, el calor no es grande, por lo que no hay problema de disipación de calor. El LED de tipo de potencia utilizado en iluminación requiere una pluralidad de módulos de fuente de luz LED para lograr el flujo luminoso requerido. Para dispositivos de alta potencia, la potencia de entrada es ≥1W y el tamaño del chip está entre 2.5 mm × 2.5 mm ~ 10 mm × 20 mm. La densidad de potencia del chip es muy alta, por lo que debe soportar un calor extremadamente alto en un paquete LED pequeño. En la actualidad, la eficiencia de captación de luz de los LED solo puede alcanzar el 80%~90%, y el XNUMX%~XNUMX% de la energía se convierte en calor. Si el calor del chip LED no se puede dispersar, acelerará el envejecimiento del chip, pero también puede provocar la fusión de la soldadura, por lo que el chip falla. El rendimiento específico es: primero, la intensidad de la luz se reduce. Con el aumento de la temperatura de la unión del chip, la eficiencia luminosa del chip también disminuirá. Cuanto mayor sea la temperatura de la unión del chip, más rápido disminuirá la intensidad luminosa. En segundo lugar, la longitud de onda principal de luminiscencia se desvía, lo que resulta en una disminución de la eficiencia de conversión de la luz. Tercero, acelera la descomposición de la luz del LED, lo que reduce gravemente la vida útil del LED.
Por lo tanto, el problema de disipación de calor del chip LED de tipo de potencia se convierte en el obstáculo de la aplicación de la tecnología LED en la ingeniería de iluminación. Para garantizar el funcionamiento normal del LED de tipo de potencia, es necesario garantizar que la temperatura de la unión de trabajo del LED esté dentro del rango de temperatura permitido a través de un diseño de disipación de calor eficaz. Cuanto mayor sea la capacidad de disipación de calor, menor será la temperatura de la unión. La energía térmica debe transmitirse a través de la conducción de calor, la convección de calor y la radiación de calor. Debido a que la fuente de luz LED en sí no tiene infrarrojos ni ultravioleta, por lo que la fuente de luz LED en sí no tiene función de disipación de calor por radiación, la forma de disipación de calor de las lámparas de iluminación LED solo se puede exportar a través del radiador combinado estrechamente con la placa de perlas de la lámpara LED. Solo exportando el calor lo antes posible podemos reducir eficazmente la temperatura de la cavidad de la lámpara LED, para proteger la fuente de alimentación de trabajar en un entorno de alta temperatura permanente, para evitar el envejecimiento prematuro de la fuente de luz LED debido al trabajo a alta temperatura a largo plazo. El problema de disipación de calor del sistema de iluminación LED tiene principalmente dos aspectos: uno es la disipación de calor (conducción de calor) en el chip de potencia LED, que involucra la tecnología de empaquetado del dispositivo; el segundo es la disipación de calor externa del chip de potencia LED, que involucra principalmente la conducción de calor del sustrato, el radiador de aletas y la transferencia de calor por convección con el aire ambiente. En la actualidad, los principales métodos utilizados para resolver el problema de disipación de calor del sistema de iluminación LED de tipo de potencia son: ajustar el espaciado de los LED, la disipación de calor por convección natural, instalar un ventilador o una disipación de calor forzada refrigerada por agua, disipación de calor por tubo de calor y tubo de calor de bucle. Bajo la tendencia de desarrollo de la integración de LED con alta densidad y alta producción de calor y caudal, se vuelve muy necesario lograr una rápida disipación de calor por medio de una transferencia de calor eficiente del tubo de calor.
Además, el dispositivo de disipación de calor existente enfatiza el enlace de conducción de calor e ignora el enlace de disipación de calor por convección, aunque muchos fabricantes han considerado una variedad de medidas para mejorar el enlace de conducción de calor: como el uso de tubos de calor, además de grasa de silicona conductora térmica, pero no se dan cuenta de que el calor depende en última instancia de la superficie exterior de la lámpara, ignoran el equilibrio de la transferencia de calor, si la distribución de la temperatura de la aleta es seriamente desigual, conducirá a que parte de la eficiencia de la aleta (parte de baja temperatura) se reduzca en gran medida. Los dispositivos de enfriamiento existentes para iluminación LED todavía se limitan a componentes de iluminación LED de baja potencia, y el efecto no es obvio, alto costo, no es fácil de aplicar a la producción real.
El conjunto de microtubos de calor puede resolver básicamente el problema de disipación de calor de varios LED porque tiene las características de absorción, transmisión y liberación de calor de alta eficiencia. El método principal de evaluación del rendimiento aparente del tubo de calor es medir la uniformidad de la temperatura a lo largo de la dirección axial. El tiempo de respuesta de los tubos de calor depende de la capacidad térmica de los materiales (incluidos los materiales metálicos y el medio de trabajo). Para evaluar el conjunto de microtubos de calor de placa, se utilizó el tubo de calor con una longitud de 50 cm para medir la uniformidad de la temperatura y el tiempo de respuesta térmica. En el experimento, se dispusieron cuatro termopares tipo T en la dirección vertical del tubo de calor, ubicados respectivamente en la sección de evaporación, la sección adiabática y la sección de condensación del tubo de calor.
Los datos experimentales muestran que la matriz de microtubos de calor de placa tiene una buena uniformidad de temperatura. La diferencia de temperatura entre la sección de evaporación y la sección de condensación es inferior a 1 ℃ y el tiempo de respuesta térmica es inferior a 80 s. Al probar varias formas de combinación diferentes de dispositivos de iluminación LED de potencia basados en una matriz de microtubos de calor de panel plano, se analizó la influencia del área de contacto, la longitud de transporte de calor y la resistencia térmica de contacto de la matriz de microtubos de calor de panel plano y el radiador en el dispositivo de iluminación LED de potencia basado en una matriz de microtubos de calor de panel plano. Incluye la influencia del área de contacto de la placa de tubo en la transferencia de calor del dispositivo, la influencia de la resistencia térmica de contacto en la transferencia de calor del dispositivo de transferencia de calor LED de la matriz de microtubos de calor de placa y el rendimiento del dispositivo de disipación de calor de iluminación LED de la matriz de microtubos de calor de placa en forma de U.
El microtubo de calor se puede combinar aleatoriamente en una matriz de microtubo de calor plana de un ancho determinado, y el microtubo de calor se puede doblar arbitrariamente, y el efecto de transferencia de calor no tiene un cambio obvio con un flujo de calor bajo. La matriz de microtubo de calor en forma de U es una forma de flexión de la matriz de microtubo de calor que ha demostrado mediante experimentos que tiene un buen rendimiento de transferencia de calor. La matriz de microtubo de calor puede resolver básicamente el problema de disipación de calor de varios LED porque tiene las características de absorción, transmisión y liberación de calor de alta eficiencia, y se puede deformar de manera flexible y combinar con aletas.
En primer lugar, la capacidad máxima de transferencia de calor de la parte de transferencia de calor por evaporación de la matriz de microtubos de calor puede alcanzar los 200 W/cm; En segundo lugar, alta conductividad térmica: es más de 5000 veces la del aluminio sólido; En tercer lugar, alta fiabilidad: debido a que cada microtubo de calor de la placa funciona de forma independiente, incluso si uno o dos microtubos de calor están dañados, otros microtubos de calor siguen desempeñando un papel sin afectar al uso. Además, su capacidad de soportar presión es más de 10 veces mayor que la del tubo de calor circular tradicional, por lo que es difícil que se produzcan daños mecánicos. Cuarto es alta isoterma: la diferencia de temperatura por metro es inferior a 1 ℃, casi puede considerarse una isoterma; Quinto, gran área de contacto: debido a la gran área de liberación de calor de la matriz de microtubos de calor, la temperatura de la aleta de aluminio, el sustrato y el tubo de calor pueden ser básicamente la misma, y el "efecto de aleta" puede eliminarse casi por completo.