لماذا مصابيح LED أكبر من المصابيح التقليدية؟

لماذا مصابيح LED أكبر من المصابيح التقليدية؟

بشكل رئيسي بسبب تقنية التبريد LED.يعتبر تبديد الحرارة عاملاً رئيسياً يؤثر على كثافة إضاءة مصابيح LED.يمكن للمشتت الحراري أن يحل مشكلة تبديد الحرارة لمصابيح LED ذات الإضاءة المنخفضة.لا يمكن للمشتت الحراري أن يحل مشكلة تبديد الحرارة لمصابيح 75W أو 100W LED.لتحقيق شدة الإضاءة المرغوبة ، يجب استخدام تقنيات التبريد النشطة لحساب الحرارة الصادرة عن مكونات إنارة LED.بعض حلول التبريد النشطة مثل المراوح لا تدوم طويلاً مثل تركيبات LED.من أجل توفير حل تبريد نشط عملي لمصابيح LED عالية السطوع ، يجب أن تكون تقنية التبريد منخفضة استهلاك الطاقة ؛مناسبة للمصابيح الصغيرة.ولها عمر مشابه لمصدر الضوء أو أطول منه.

بشكل عام ، يمكن تقسيم المشعات إلى تبريد نشط وتبريد سلبي وفقًا لطريقة إزالة الحرارة من المبرد.

يعني التبديد السلبي للحرارة أن حرارة مصدر الضوء LED تتبدد بشكل طبيعي في الهواء من خلال المشتت الحراري.يتناسب تأثير تبديد الحرارة مع حجم المشتت الحراري ، ولكن نظرًا لأنه يقوم بتبديد الحرارة بشكل طبيعي ، يتم تقليل التأثير بشكل كبير بالطبع.غالبًا ما يستخدم في أولئك الذين لا يحتاجون إلى مساحة.على سبيل المثال ، تعتمد بعض اللوحات الأم الشهيرة أيضًا التبريد السلبي على الجسر الشمالي ، ومعظمها يعتمد التبريد النشط.يتم إجبار التبريد النشط عن طريق أجهزة التبريد مثل المراوح.يتم التخلص من الحرارة المنبعثة من المشتت الحراري ، والتي تتميز بكفاءة عالية في تبديد الحرارة وصغر حجم الجهاز.

يمكن تقسيم التبريد النشط إلى تبريد الهواء ، التبريد السائل ، تبريد الأنابيب الحرارية ، تبريد أشباه الموصلات ، التبريد الكيميائي وما إلى ذلك.يعد تبديد الحرارة المبرد بالهواء المبرد بالهواء أكثر طرق تبديد الحرارة شيوعًا ، كما أنه طريقة أرخص بالمقارنة.تبريد الهواء هو في الأساس استخدام مروحة لسحب الحرارة التي يمتصها المبرد.تتميز بمزايا السعر المنخفض نسبيًا والتركيب المريح.ومع ذلك ، فهي تعتمد بشكل كبير على البيئة.على سبيل المثال ، عندما ترتفع درجة الحرارة وزيادة سرعة التشغيل ، سيتأثر أداء التبريد بشكل كبير.

في الوقت الحاضر ، يشتمل تبديد الحرارة لمصابيح LED بشكل أساسي على الطرق التالية:

1. التبريد السائل

تبديد الحرارة بالسائل المبرد هو الدوران القسري للسائل لسحب حرارة المبرد تحت محرك المضخة.بالمقارنة مع المبرد بالهواء ، فإنه يتميز بمزايا الهدوء ، والتبريد المستقر ، والاعتماد الأقل على البيئة.سعر التبريد السائل مرتفع نسبيًا ، والتركيب مزعج نسبيًا.في نفس الوقت ، حاول التثبيت وفقًا للطريقة الموضحة في الدليل للحصول على أفضل تأثير لتبديد الحرارة.لأسباب تتعلق بالتكلفة وسهولة الاستخدام ، عادةً ما يستخدم تبديد الحرارة المبرد بالسائل الماء كسائل لنقل الحرارة ، لذلك غالبًا ما يشار إلى المشعات المبردة بالسائل على أنها مشعات مبردة بالماء.

2. أنبوب الحرارة

أنبوب الحرارة هو عنصر نقل الحرارة ، والذي يستفيد بشكل كامل من مبدأ التوصيل الحراري وخصائص نقل الحرارة السريع لوسط التبريد ، وينقل الحرارة من خلال تبخر وتكثيف السائل في الأنبوب المفرغ المغلق بالكامل.يمكن تغيير منطقة نقل الحرارة على كلا الجانبين من الجوانب الساخنة والباردة بشكل تعسفي ، ونقل الحرارة لمسافات طويلة ، ويمكن التحكم في درجة الحرارة.مميزات.الموصلية الحرارية لها تتجاوز بكثير تلك الخاصة بأي معدن معروف.

3. التبريد بأشباه الموصلات

يستخدم تبريد أشباه الموصلات ورقة تبريد خاصة بأشباه الموصلات لتوليد فرق في درجة الحرارة عندما يتم تنشيطه ليبرد.طالما أن الحرارة في جانب درجة الحرارة المرتفعة يمكن تبديدها بشكل فعال ، فإن جانب درجة الحرارة المنخفضة يتم تبريده باستمرار.يتم إنشاء اختلاف في درجة الحرارة على كل جسيم من أشباه الموصلات ، وتتكون صفيحة التبريد من عشرات من هذه الجسيمات في سلسلة ، مما يشكل فرقًا في درجة الحرارة بين سطحي لوح التبريد.باستخدام ظاهرة فرق درجة الحرارة هذه ، مع تبريد الهواء / تبريد الماء لتبريد نهاية درجة الحرارة المرتفعة ، يمكن الحصول على تأثير تبديد حرارة ممتاز.يتميز تبريد أشباه الموصلات بمزايا درجة حرارة التبريد المنخفضة والموثوقية العالية.يمكن أن تصل درجة حرارة السطح البارد إلى أقل من 10 درجة مئوية تحت الصفر ، ولكن التكلفة مرتفعة للغاية ، وقد تتسبب في حدوث دائرة قصر بسبب درجة الحرارة المنخفضة للغاية ، والتكنولوجيا الحالية للتبريد بأشباه الموصلات غير ناضجة وغير كافية.عملي.

4. التبريد الكيميائي

ما يسمى بالتبريد الكيميائي هو استخدام بعض المواد الكيميائية ذات درجة الحرارة المنخفضة للغاية ، واستخدامها لامتصاص الكثير من الحرارة عند ذوبانها لتقليل درجة الحرارة.يعد استخدام الثلج الجاف والنيتروجين السائل أكثر شيوعًا في هذا الصدد.على سبيل المثال ، يمكن أن يؤدي استخدام الثلج الجاف إلى خفض درجة الحرارة إلى أقل من 20 درجة مئوية تحت الصفر ، ويستخدم بعض اللاعبين 'المنحرفين' النيتروجين السائل لتقليل درجة حرارة وحدة المعالجة المركزية إلى أقل من 100 درجة مئوية تحت الصفر (نظريًا) ، بالطبع ، بسبب سعر مرتفع ومدة قصيرة جدًا ، هذه الطريقة أكثر شيوعًا في المختبر أو لعشاق رفع تردد التشغيل المفرط.

اختيار مادة تبديد الحرارة.بشكل عام ، تختار المشعات العادية المبردة بالهواء المعدن بشكل طبيعي كمادة للرادياتير.بالنسبة للمادة المختارة ، من المأمول أن يكون لها حرارة نوعية عالية وموصلية حرارية عالية.الفضة والنحاس من أفضل المواد الموصلة للحرارة ، يليهما الذهب والألمنيوم.لكن الذهب والفضة مكلفان للغاية ، لذا في الوقت الحاضر ، فإن المشتتات الحرارية مصنوعة بشكل أساسي من الألومنيوم والنحاس.وبالمقارنة ، فإن كل من سبائك النحاس والألمنيوم لها مزاياها وعيوبها: يتمتع النحاس بموصلية حرارية جيدة ، ولكنه مكلف ، ويصعب معالجته ، وثقيلًا ، كما أن السعة الحرارية لمشعات النحاس صغيرة وسهلة التأكسد..من ناحية أخرى ، فإن الألمنيوم النقي ناعم جدًا بحيث لا يمكن استخدامه بشكل مباشر.يتم استخدام سبائك الألومنيوم فقط لتوفير صلابة كافية.مزايا سبائك الألومنيوم هي السعر المنخفض والوزن الخفيف ، ولكن الموصلية الحرارية أسوأ بكثير من تلك الخاصة بالنحاس.لذلك ، في تاريخ تطوير المشعات ، ظهرت أيضًا المواد التالية:

1. بالوعة الحرارة الألومنيوم النقي

المبرد المصنوع من الألمنيوم النقي هو المبرد الأكثر شيوعًا في الأيام الأولى.عملية التصنيع بسيطة والتكلفة منخفضة.حتى الآن ، لا يزال المبرد المصنوع من الألمنيوم النقي يحتل جزءًا كبيرًا من السوق.من أجل زيادة مساحة تبديد الحرارة لزعانفها ، فإن طريقة المعالجة الأكثر شيوعًا لمشعات الألمنيوم النقي هي تقنية بثق الألمنيوم ، والمؤشرات الرئيسية لتقييم مشعاع الألمنيوم النقي هي سمك قاعدة المبرد ونسبة Pin-Fin .يشير الدبوس إلى ارتفاع زعانف المشتت الحراري ، ويشير الزعنفة إلى المسافة بين زعنفتين متجاورتين.نسبة Pin-Fin هي ارتفاع الدبوس (باستثناء سمك القاعدة) مقسومًا على الزعنفة.كلما كانت نسبة Pin-Fin أكبر ، زادت مساحة تبديد الحرارة الفعالة للرادياتير ، وكلما كانت تقنية بثق الألومنيوم أكثر تقدمًا.

2. بالوعة الحرارة النحاس النقي

تبلغ الموصلية الحرارية للنحاس 1.69 مرة من الألمنيوم ، لذا فإن تساوي الأشياء الأخرى ، يمكن أن يأخذ المشتت الحراري من النحاس النقي الحرارة بعيدًا عن مصدر الحرارة بشكل أسرع.ومع ذلك ، فإن نسيج النحاس يمثل مشكلة.العديد من 'مشعات النحاس النقي' المعلن عنها ليست نحاسًا بنسبة 100٪.في قائمة النحاس ، يُسمى النحاس الذي يحتوي على أكثر من 99٪ من النحاس بالنحاس الخالي من الأحماض ، والدرجة التالية من النحاس دان النحاس مع محتوى نحاسي أقل من 85٪.تحتوي معظم أحواض الحرارة النحاسية النقية الموجودة في السوق حاليًا على محتوى نحاسي بين الاثنين.لا يصل محتوى النحاس في بعض مشعات النحاس النقي الرديئة إلى 85٪.على الرغم من أن التكلفة منخفضة للغاية ، إلا أن الموصلية الحرارية لها تقل بشكل كبير ، مما يؤثر على تبديد الحرارة.بالإضافة إلى ذلك ، يحتوي النحاس أيضًا على أوجه قصور واضحة ، مثل التكلفة العالية ، والمعالجة الصعبة ، والكثير من كتلة المشتت الحراري ، مما يعيق تطبيق أحواض الحرارة المصنوعة من النحاس بالكامل.صلابة النحاس الأحمر ليست جيدة مثل سبائك الألومنيوم AL6063 ، وأداء بعض المعالجات الميكانيكية (مثل الحز) ليس بجودة تلك الخاصة بالألمنيوم ؛نقطة انصهار النحاس أعلى بكثير من تلك الخاصة بالألمنيوم ، وهو ما لا يؤدي إلى البثق ومشاكل أخرى.

3. تكنولوجيا ربط النحاس والألمنيوم

بعد النظر في أوجه القصور الخاصة بالنحاس والألمنيوم ، غالبًا ما تستخدم بعض المشعات المتطورة في السوق عمليات تصنيع توليفة من النحاس والألمنيوم.عادةً ما تستخدم أحواض الحرارة هذه قواعد معدنية نحاسية ، بينما زعانف المشتت الحراري مصنوعة من سبائك الألومنيوم.بالطبع ، بالإضافة إلى القاعدة النحاسية ، هناك أيضًا طرق مثل استخدام الأعمدة النحاسية للمشتت الحراري ، وهو نفس المبدأ أيضًا.مع الموصلية الحرارية العالية ، يمكن أن يمتص السطح السفلي النحاسي الحرارة الصادرة عن وحدة المعالجة المركزية بسرعة ؛يمكن تصنيع زعانف الألمنيوم في الشكل الأكثر ملاءمة لتبديد الحرارة عن طريق العمليات المعقدة ، وتوفير مساحة تخزين حرارة كبيرة وإطلاقها بسرعة.تم العثور على توازن في جميع الجوانب.

لتحسين كفاءة الإضاءة وعمر خدمة مصابيح LED ، يعد حل مشكلة تبديد الحرارة لمنتجات LED أحد أهم المشكلات في هذه المرحلة.لذلك ، فإن استخدام الطباعة الحجرية للضوء الأصفر لصنع ركائز تبديد الحرارة الخزفية ذات الأغشية الرقيقة ستصبح أحد المحفزات المهمة لتعزيز التحسين المستمر لمصابيح LED إلى طاقة عالية.