Đèn LED, nhờ tính năng tiết kiệm năng lượng, đã trở nên phổ biến trong ngành chiếu sáng. Nó có tính năng hiệu quả cao, tuổi thọ dài và tiết kiệm chi phí. Đèn LED tiêu thụ ít năng lượng hơn bất kỳ giải pháp chiếu sáng nào khác trên thị trường, khiến chúng trở thành sự lựa chọn hợp lý về mặt kinh tế và môi trường.
Vấn đề tản nhiệt của các bộ đèn LED công suất cao như đèn pha lớn hoặc đèn high bay lớn đã hạn chế sự phát triển của ngành chiếu sáng LED công suất cao. Mặc dù đèn LED phát ra ít năng lượng dưới dạng nhiệt hơn so với tất cả các loại đèn chiếu sáng khác, nhưng nó vẫn có thể là một vấn đề nếu không được giải quyết đúng cách trong giai đoạn thiết kế và sản xuất đèn LED. Nếu nhiệt không được tản nhiệt đúng cách trong đèn LED, điều này có thể dẫn đến giảm hiệu quả chiếu sáng và tuổi thọ của đèn.
Không giống như bóng đèn Edison, nơi chất thải nhiệt được tỏa ra, nhiệt do đèn LED tạo ra sẽ được dẫn truyền. Nhiệt lượng này sau đó phải được chuyển ra khỏi thiết bị để duy trì hiệu suất của nó. May mắn thay, đã có nhiều tiến bộ trong công nghệ chiếu sáng LED nhằm giải quyết vấn đề nhiệt.
Hiểu các thành phần chính của đèn chiếu sáng LED
Có bốn thành phần chính của gói đèn LED hoàn chỉnh:
Diot – Đây là chất bán dẫn phát ra ánh sáng xanh khi có dòng điện chạy qua nó.
Phốt pho – Chất này được sử dụng để tạo ra ánh sáng trắng hoặc hơi vàng. Nó được áp dụng trực tiếp lên khuôn hoặc trộn vào ống kính.
Chất nền – Nhiều khuôn được gắn trên chất nền. Nó được làm bằng vật liệu nhôm hoặc gốm.
Ống kính – Ánh sáng phát ra được chiết xuất và định hướng bởi ống kính.
Gói đèn LED thường được gắn trên bảng mạch in (PCB). Sau đó, một bộ tản nhiệt được gắn vào PCB. Tản nhiệt là bộ trao đổi nhiệt giúp di chuyển nhiệt do thiết bị điện tử tạo ra sang môi trường chất lỏng. Môi trường chất lỏng này thường là không khí hoặc chất làm mát dạng lỏng. Nhiệt được tản ra khỏi thiết bị, do đó cho phép điều chỉnh nhiệt độ của thiết bị. Tản nhiệt truyền nhiệt của chip sang tản nhiệt thông qua tiếp xúc chính xác với bề mặt chip. Nó tản nhiệt ra khỏi gói đèn LED theo ba cách:
Đối lưu – Nhiệt được truyền từ chất rắn sang chất lỏng chuyển động. Đối với hầu hết các ứng dụng LED, đây sẽ là không khí. Đối lưu làm dịch chuyển nhiệt bằng cách sử dụng dòng chất lỏng.
Bức xạ – Nhiệt được truyền từ hai vật thể có nhiệt độ bề mặt khác nhau thông qua bức xạ nhiệt. Bức xạ không yêu cầu bất kỳ loại phương tiện nào. Vật làm nóng phân phối nhiệt trực tiếp sang không gian liền kề.
Dẫn nhiệt – Nhiệt được truyền từ vật rắn này sang vật rắn khác. Nhiệt lượng giữa các vật tiếp xúc trực tiếp được truyền từ vật có nhiệt độ cao hơn sang vật có nhiệt độ thấp hơn.
Nhiệt độ điểm nối là nhiệt độ tại điểm nối giữa đế LED và đế mà nó được gắn vào. Điểm nối này thường có nhiệt độ cao nhất trong gói đèn LED, khiến nó trở thành giá trị thích hợp để biểu thị hiệu suất tản nhiệt. Thông thường, nhiệt độ ở điểm nối có thể lên tới 100°C hoặc hơn.
Thiết kế tản nhiệt dùng để giảm nhiệt trong gói đèn LED
Đèn LED cần được thiết kế để giữ cho đèn LED mát bằng cách giảm khả năng chịu nhiệt của đèn LED. Điều này được thực hiện bằng cách tăng cường ba chế độ tản nhiệt trong thiết kế vật cố định. Các thiết kế tản nhiệt dùng để giảm nhiệt bao gồm:
Định vị và sắp xếp đèn LED
Các nhà thiết kế thường muốn giảm khoảng cách giữa các đèn LED trên PCB để tạo ra các thiết kế đèn LED cô đọng. Thách thức là giảm khoảng cách có nghĩa là tăng mật độ năng lượng nhiệt và do đó làm tăng nhiệt độ của đèn LED.
Các nhà sản xuất đèn LED thường đưa ra các yêu cầu về khoảng cách được đề xuất cho đèn LED và chỉ định mức tăng nhiệt độ mà bạn có thể thấy khi khoảng cách giảm đi một mức nhất định. Sự sắp xếp chip nhất quán và cân bằng mang lại tải nhiệt tương tự cho dù đó là hình chữ nhật, hình lục giác hay hình tròn.
Các loại mô-đun LED
Đèn LED gói trực tiếp (DIP) có thiết kế hình viên đạn. Chúng được sử dụng chủ yếu để làm bảng hiệu và hiển thị trên các thiết bị điện tử gia dụng.
Đèn LED gắn chip gắn trên bề mặt là điốt hình vuông có khả năng tạo ra ánh sáng có quang phổ đầy đủ màu Đỏ Xanh lục Xanh lam. Chúng được gắn trên bề mặt PCB. Thay vì kết nối bằng dây, chúng được hàn trực tiếp lên PCB.
Đèn LED Chips on Board (COB) chứa chín chip trở lên có chung chất nền. Do có nền chung này nên đèn LED COB thường được gắn trực tiếp vào tản nhiệt bằng cách sử dụng đầu nối kiểu vít. Chúng tiết kiệm năng lượng và nhỏ gọn hơn so với đèn LED gắn chip gắn trên bề mặt. Đèn LED COB thường được gắn vào tản nhiệt bằng cách sử dụng đầu nối gắn vào tản nhiệt bằng vít.
- Một dãy đèn LED COB hình vuông có kích thước 10x10mm có thể chứa số lượng đèn LED gấp 38 lần so với đèn LED DIP.
- Đèn LED MCOB hợp nhất một số đèn LED COB vào một tấm nhôm. Chúng có thể tạo ra hơn 130 lumen/Watt.
- Chip lật COB LED được cấu hình sao cho khuôn được thiết kế úp xuống trên giá đỡ phụ. Giá đỡ phụ thường được làm bằng gốm hoặc silicon. Giá đỡ phụ hoạt động như một chất nền hỗ trợ và một bộ tản nhiệt. Chip lật LED COB có tốc độ truyền nhiệt tốt hơn 70% và sản lượng quang thông cao hơn 30% so với chip SMD.
Vật liệu cốt lõi của bảng mạch in (PCB)
Vật liệu lõi của PCB được sử dụng để chuyển hướng nhiệt ra khỏi các bộ phận LED. PCB là một trong những thành phần nhạy cảm nhất của thiết kế tản nhiệt vì vị trí đắc địa của chúng trong vùng tản nhiệt. Có ba loại vật liệu lõi PCB chính:
FR-4 là tấm laminate tiếp xúc được gia cố bằng kính. Đây là loại phổ biến nhất trong ba loại vật liệu.
Gốm chủ yếu được sử dụng cho PCB sẽ gặp môi trường khắc nghiệt. Nó không hiệu quả về mặt chi phí như PCB loại FR-4, nhưng chúng là lựa chọn tốt hơn về độ dẫn điện của vật liệu được sử dụng.
Bảng mạch in lõi kim loại (MCPCB) có vật liệu lõi làm từ hợp kim đồng, nhôm hoặc thép. Nhôm và đồng mang lại tính dẫn nhiệt đặc biệt và dẫn nhiệt cao hơn nhiều lần so với FR4. MCPCB là vật liệu lõi PCB ít phổ biến nhất.
Bề mặt tiếp xúc và giao diện nhiệt
Nhiệt được truyền từ bộ phận này sang bộ phận khác thông qua tiếp xúc bề mặt. Điều này có nghĩa là những điểm tiếp xúc này phải được phản ánh trong quá trình thiết kế nhiệt tổng thể.
Giảm các điểm tiếp xúc vật lý sẽ làm giảm sự dẫn nhiệt trên bề mặt. Sẽ có những khoảng trống chứa đầy không khí, có độ dẫn nhiệt thấp. Những khoảng trống này tạo ra điện trở tiếp xúc nhiệt. Vì lý do này, điều quan trọng là tạo ra các bề mặt tiếp xúc hai chiều, mịn và sạch nhất có thể.
Có hai giai đoạn được thực hiện để giảm điện trở tiếp xúc nhiệt:
Loại bỏ không khí bằng cách đưa vật liệu lỏng vào các khoảng trống được tạo ra bởi các bề mặt không bằng phẳng. Những vật liệu này có thể bao gồm chất kết dính hoặc mỡ nhiệt. Nếu cần khả năng chịu nhiệt nhỏ hơn, bạn có thể sử dụng vật liệu giao diện nhiệt (TIM) có chứa chất độn giúp tăng cường quá trình dẫn nhiệt.
Thiết kế tản nhiệt
Tản nhiệt được thiết kế để dẫn nhiệt ra khỏi đèn LED và PCB. Chúng đối lưu và tỏa nhiệt ra môi trường xung quanh. Một bộ tản nhiệt phải truyền nhiệt ra khỏi PCB. Điều này ngăn ngừa sự tích tụ nhiệt trong các gói đèn LED.
Vật liệu tản nhiệt được sử dụng để tối đa hóa quá trình truyền nhiệt giữa PCB và bề mặt đối lưu tiếp xúc phải có tính dẫn điện cao. Hợp kim nhôm là một ví dụ về loại vật liệu này.
Làm mát chủ động
Các thiết kế tản nhiệt được liệt kê trước đây được gọi là phương pháp làm mát thụ động. Điều này có nghĩa là không sử dụng lực nhân tạo để tăng cường lưu thông không khí. Họ dựa vào sự đối lưu tự nhiên để truyền nhiệt.
Đối với các thiết bị LED công suất cao, phải tăng cường truyền nhiệt bằng cách sử dụng chất lỏng hoặc quạt.
Hệ thống làm mát bằng chất lỏng được tạo thành từ một máy bơm dẫn động, một tấm làm mát và một bộ tản nhiệt làm mát bằng quạt.
Nhiệt lượng do đèn LED công suất cao tạo ra sẽ truyền sang chất lỏng thông qua một tấm lạnh. Từ đó, chất lỏng được dẫn động bằng bơm sẽ lưu thông trong hệ thống để hấp thụ nhiệt. Cuối cùng, bộ tản nhiệt làm mát bằng quạt sẽ làm lạnh chất lỏng đã được làm ấm cho lần tuần hoàn tiếp theo. Nhiệt độ của đèn LED được quản lý bởi sự lưu thông của chất lỏng.
Phần kết luận
Hiệu suất tối ưu của hệ thống chiếu sáng LED phụ thuộc vào nhiệt độ hoạt động của chúng. Vì vậy, một hệ thống quản lý nhiệt là rất cần thiết. Hiệu suất tản nhiệt của đèn LED phụ thuộc vào một số yếu tố. Chúng bao gồm vật liệu, giao diện, hình học và điều kiện môi trường. Việc xem xét các yếu tố này là cần thiết để duy trì nhiệt độ LED trong điều kiện làm việc.
Giữ cho đèn LED mát sẽ kéo dài tuổi thọ của chúng và giúp chúng mang lại hiệu suất cao nhất. Tại Lightsviet chúng tôi chỉ kinh doanh các sản phẩm đèn LED chất lượng đảm bảo khả năng và hiệu suất tản nhiệt, giúp đèn LED có hiệu suất tốt nhất với tuổi thọt cao nhất.
Hãy liên hệ với chúng tôi nếu bạn đang tìm kiếm sản phẩm đèn LED chất lượng. Gọi ngay 097.106.0099
