لماذا مصابيح LED أكبر من المصابيح التقليدية؟

لماذا مصابيح LED أكبر من المصابيح التقليدية؟

ويرجع ذلك أساسًا إلى تقنية التبريد LED. يعد تبديد الحرارة عاملاً رئيسياً يؤثر على شدة 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 LED 75 وات أو 100 وات. لتحقيق شدة الإضاءة المطلوبة، يجب استخدام تقنيات التبريد النشطة لمراعاة الحرارة الصادرة عن مكونات مصابيح LED. بعض حلول التبريد النشطة مثل المراوح لا تدوم طويلاً مثل تركيبات LED. من أجل توفير حل تبريد فعال عملي لمصابيح LED عالية السطوع، يجب أن تكون تقنية التبريد منخفضة استهلاك الطاقة؛ مناسبة للفوانيس الصغيرة. ولها عمر مماثل أو أطول من مصدر الضوء.

بشكل عام يمكن تقسيم الرادياتير إلى تبريد نشط وتبريد سلبي حسب طريقة إزالة الحرارة من الرادياتير.

يعني تبديد الحرارة السلبي أن حرارة مصدر ضوء LED الخاص بمصدر الحرارة تتبدد بشكل طبيعي في الهواء من خلال المشتت الحراري. يتناسب تأثير تبديد الحرارة مع حجم المشتت الحراري، ولكن لأنه يبدد الحرارة بشكل طبيعي، فإن التأثير بالطبع يقل بشكل كبير. وغالبا ما يستخدم في أولئك الذين لا يحتاجون إلى مساحة. على سبيل المثال، تعتمد بعض اللوحات الأم الشائعة أيضًا التبريد السلبي على الجسر الشمالي، ومعظمها يعتمد التبريد النشط. يتم فرض التبريد النشط بواسطة أجهزة التبريد مثل المراوح. يتم إبعاد الحرارة المنبعثة من المشتت الحراري، وهو ما يتميز بكفاءة عالية في تبديد الحرارة وصغر حجم الجهاز.

يمكن تقسيم التبريد النشط إلى تبريد الهواء، والتبريد السائل، وتبريد الأنابيب الحرارية، وتبريد أشباه الموصلات، والتبريد الكيميائي، وما إلى ذلك. يعد تبديد الحرارة المبرد بالهواء هو أكثر طرق تبديد الحرارة شيوعًا، كما أنه وسيلة أرخص بالمقارنة. تبريد الهواء هو في الأساس استخدام المروحة لإزالة الحرارة التي يمتصها المبرد. لديها مزايا السعر المنخفض نسبيا والتركيب المريح. ومع ذلك، فإنه يعتمد بشكل كبير على البيئة. على سبيل المثال، عند ارتفاع درجة الحرارة وزيادة سرعة التشغيل، سيتأثر أداء التبريد بشكل كبير.

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

1. التبريد السائل

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

2. أنابيب الحرارة

أنبوب الحرارة هو عنصر نقل الحرارة، الذي يستفيد بشكل كامل من مبدأ التوصيل الحراري وخصائص نقل الحرارة السريعة لوسط التبريد، وينقل الحرارة من خلال تبخر وتكثيف السائل في الأنبوب المفرغ المغلق بالكامل. يمكن تغيير منطقة نقل الحرارة على جانبي الجانبين الساخن والبارد بشكل تعسفي، ويمكن التحكم في نقل الحرارة لمسافات طويلة، ويمكن التحكم في درجة الحرارة. ميزة. الموصلية الحرارية لها تتجاوز بكثير أي معدن معروف.

3. تبريد أشباه الموصلات

تبريد أشباه الموصلات هو استخدام لوح تبريد خاص بأشباه الموصلات لتوليد فرق في درجة الحرارة عندما يتم تنشيطه للتبريد. طالما أن الحرارة في جانب درجة الحرارة المرتفعة يمكن تبديدها بشكل فعال، فسيتم تبريد جانب درجة الحرارة المنخفضة بشكل مستمر. يتم إنشاء فرق في درجة الحرارة على كل جسيم من أشباه الموصلات، وتتكون لوحة التبريد من عشرات من هذه الجسيمات المتسلسلة، وبالتالي يشكل فرق في درجة الحرارة بين سطحي لوحة التبريد. باستخدام ظاهرة الفرق في درجة الحرارة هذه، مع تبريد الهواء/تبريد الماء لتبريد نهاية درجة الحرارة المرتفعة، يمكن الحصول على تأثير ممتاز لتبديد الحرارة. يتميز تبريد أشباه الموصلات بمزايا درجة حرارة التبريد المنخفضة والموثوقية العالية. يمكن أن تصل درجة حرارة السطح البارد إلى أقل من 10 درجات مئوية تحت الصفر، ولكن التكلفة مرتفعة للغاية، وقد تتسبب في حدوث ماس كهربائي بسبب درجة الحرارة المنخفضة جدًا، كما أن التكنولوجيا الحالية لتبريد أشباه الموصلات غير ناضجة وغير كافية. عملي.

4. التبريد الكيميائي

ما يسمى بالتبريد الكيميائي هو استخدام بعض المواد الكيميائية ذات درجات 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 السعر المرتفع والمدة القصيرة جدًا، هذه الطريقة أكثر شيوعًا في المختبر أو المتحمسين لرفع تردد التشغيل الشديد.

اختيار مواد تبديد الحرارة. بشكل عام، تختار المشعات العادية المبردة بالهواء المعدن بشكل طبيعي كمادة للرادياتير. بالنسبة للمادة المختارة، من المأمول أن تحتوي على حرارة نوعية عالية وموصلية حرارية عالية. تعتبر الفضة والنحاس من أفضل المواد الموصلة للحرارة، يليهما الذهب والألومنيوم. لكن الذهب والفضة باهظ الثمن للغاية، لذلك في الوقت الحاضر، يتم تصنيع المشتتات الحرارية بشكل أساسي من الألومنيوم والنحاس. بالمقارنة، فإن كل من سبائك النحاس والألمنيوم لها مزاياها وعيوبها: يتمتع النحاس بموصلية حرارية جيدة، لكنه باهظ الثمن، ويصعب معالجته، وثقيل، والقدرة الحرارية لمشعات النحاس صغيرة وسهلة الأكسدة. . من ناحية أخرى، الألومنيوم النقي ناعم جدًا بحيث لا يمكن استخدامه مباشرة. يتم استخدام سبائك الألومنيوم فقط لتوفير الصلابة الكافية. مزايا سبائك الألومنيوم هي السعر المنخفض والوزن الخفيف، ولكن التوصيل الحراري أسوأ بكثير من النحاس. لذلك، في تاريخ تطور المشعاعات، ظهرت أيضًا المواد التالية:

1. بالوعة الحرارة الألومنيوم النقي

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

2. بالوعة الحرارة النحاس النقي

تبلغ الموصلية الحرارية للنحاس 1.69 مرة مقارنة بالألمنيوم، لذا مع تساوي العوامل الأخرى، يمكن للمشتت الحراري النحاسي النقي أن يأخذ الحرارة بعيدًا عن مصدر الحرارة بشكل أسرع. ومع ذلك، فإن نسيج النحاس يمثل مشكلة. العديد من 'مشعات النحاس النقي' المُعلن عنها ليست نحاسًا بنسبة 100%. في قائمة النحاس، يسمى النحاس الذي يحتوي على أكثر من 99% من النحاس بالنحاس الخالي من الأحماض، والصف التالي من النحاس هو نحاس دان الذي يحتوي على نحاس أقل من 85%. تحتوي معظم المشتتات الحرارية النحاسية النقية الموجودة في السوق حاليًا على محتوى نحاسي بين الاثنين. محتوى النحاس في بعض مشعات النحاس النقي الرديئة لا يصل حتى إلى 85%. على الرغم من أن التكلفة منخفضة جدًا، إلا أن موصليتها الحرارية تنخفض بشكل كبير، مما يؤثر على تبديد الحرارة. بالإضافة إلى ذلك، يحتوي النحاس أيضًا على عيوب واضحة، مثل التكلفة العالية، وصعوبة المعالجة، وكتلة المشتت الحراري الكبيرة جدًا، مما يعيق تطبيق المشتتات الحرارية المصنوعة من النحاس بالكامل. صلابة النحاس الأحمر ليست جيدة مثل سبائك الألومنيوم AL6063، وأداء بعض العمليات الميكانيكية (مثل الحز) ليس جيدًا مثل أداء الألومنيوم؛ نقطة انصهار النحاس أعلى بكثير من نقطة انصهار الألومنيوم، وهو ما لا يفضي إلى البثق وغيرها من المشاكل.

3. تكنولوجيا ربط النحاس والألومنيوم

بعد النظر في أوجه القصور في النحاس والألومنيوم، غالبًا ما تستخدم بعض المشعات المتطورة في السوق عمليات تصنيع مزيج من النحاس والألمنيوم. عادة ما تستخدم هذه المشتتات الحرارية قواعد معدنية نحاسية، في حين أن 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. بفضل الموصلية الحرارية العالية، يمكن للسطح السفلي النحاسي أن يمتص الحرارة الصادرة عن وحدة المعالجة المركزية بسرعة؛ يمكن تصنيع زعانف الألومنيوم بالشكل الأكثر ملاءمة لتبديد الحرارة عن طريق العمليات المعقدة، وتوفير مساحة كبيرة لتخزين الحرارة وإطلاقها بسرعة. تم العثور على التوازن في جميع الجوانب.

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