So sánh năm loại tản nhiệt cho đèn LED

Thách thức kỹ thuật lớn nhất hiện nay mà các thiết bị chiếu sáng LED phải đối mặt là vấn đề tản nhiệt. Tản nhiệt kém dẫn đến nguồn điện của bộ điều khiển LED và tụ điện phân trở thành nút thắt trong quá trình phát triển tiếp theo của các thiết bị chiếu sáng LED, cũng như là nguyên nhân gây lão hóa sớm nguồn sáng LED.

 

Hiện nay, khi bật nguồn sáng LED, khoảng 30% năng lượng điện được chuyển thành năng lượng ánh sáng, trong khi phần còn lại được chuyển thành năng lượng nhiệt. Do đó, nhanh chóng tản nhiệt lượng lớn này là khía cạnh kỹ thuật quan trọng của thiết kế kết cấu đèn LED. Năng lượng nhiệt cần được tản ra thông qua dẫn nhiệt, đối lưu nhiệt và bức xạ nhiệt. Chỉ bằng cách tản nhiệt nhanh chóng, nhiệt độ khoang bên trong đèn LED mới có thể giảm hiệu quả, bảo vệ nguồn điện khỏi hoạt động trong môi trường nhiệt độ cao kéo dài và ngăn ngừa nguồn sáng LED bị lão hóa sớm do hoạt động ở nhiệt độ cao trong thời gian dài.

 

Hãy cùng theo dõi ZP HEAT SINK để khám phá các đường tản nhiệt của thiết bị chiếu sáng LED:

Vì nguồn sáng LED không có tia hồng ngoại hoặc tia cực tím nên không có khả năng tản nhiệt bức xạ. Do đó, đường tản nhiệt của đèn LED chỉ có thể dựa vào bộ tản nhiệt kết hợp chặt chẽ với bảng hạt đèn LED để tản nhiệt. Bộ tản nhiệt phải có chức năng dẫn nhiệt, đối lưu nhiệt và bức xạ nhiệt.

 

Bất kỳ bộ tản nhiệt nào, ngoài việc dẫn nhiệt nhanh từ nguồn nhiệt đến bề mặt bộ tản nhiệt, chủ yếu dựa vào đối lưu và bức xạ để tản nhiệt vào không khí. Dẫn nhiệt chỉ giải quyết đường truyền, trong khi đối lưu nhiệt là chức năng chính của bộ tản nhiệt. Hiệu suất tản nhiệt chủ yếu được xác định bởi diện tích tản nhiệt, hình dạng và khả năng đối lưu tự nhiên. Bức xạ nhiệt chỉ đóng vai trò bổ sung.

 

Các phương pháp tản nhiệt phổ biến bao gồm bộ tản nhiệt nhôm đúc, bộ tản nhiệt nhôm đùn, bộ tản nhiệt nhôm dập, bộ tản nhiệt composite nhôm-nhựa và bộ tản nhiệt nhựa có độ dẫn nhiệt cao.

 

Tản nhiệt nhôm đúc
Chi phí sản xuất có thể kiểm soát được, nhưng các cánh tản nhiệt không thể được làm mỏng, khiến việc tối đa hóa diện tích tản nhiệt trở nên khó khăn. Vật liệu đúc khuôn phổ biến cho bộ tản nhiệt đèn LED là ADC10 và ADC12.

 

Tản nhiệt nhôm đùn
Nhôm lỏng được đùn thành hình dạng thông qua khuôn cố định, sau đó thanh được cắt thành hình dạng cần thiết của bộ tản nhiệt thông qua gia công, dẫn đến chi phí xử lý sau cao hơn. Các cánh tản nhiệt có thể được làm rất mỏng và nhiều, mở rộng đáng kể diện tích tản nhiệt. Các cánh tản nhiệt tự động tạo ra sự đối lưu không khí để tản nhiệt khi làm việc, dẫn đến tản nhiệt tốt hơn. Vật liệu phổ biến là AL6061 và AL6063.

 

 

Tản nhiệt nhôm dập
Sử dụng máy đột dập và khuôn, các tấm hợp kim thép hoặc nhôm được dập và kéo để tạo thành các bộ tản nhiệt hình cốc. Các chu vi bên trong và bên ngoài của bộ tản nhiệt được dập rất nhẵn, nhưng diện tích tản nhiệt bị hạn chế do thiếu các cánh tản nhiệt. Các vật liệu hợp kim nhôm phổ biến là 5052, 6061 và 6063. Các bộ phận dập có trọng lượng nhẹ và có tỷ lệ sử dụng vật liệu cao, khiến đây trở thành giải pháp có chi phí thấp.

 

 

Tản nhiệt hợp kim nhôm có độ dẫn nhiệt tương đối lý tưởng, phù hợp với nguồn điện không đổi chuyển mạch cách ly. Đối với nguồn điện không đổi chuyển mạch không cách ly, thiết kế cấu trúc của đèn phải đảm bảo cách ly nguồn điện AC và DC, điện áp cao và điện áp thấp để đạt chứng nhận CE hoặc UL.

 

Tản nhiệt nhôm-nhựa tổng hợp
Đây là bộ tản nhiệt có vỏ nhựa nhiệt và lõi nhôm. Lõi nhựa nhiệt và lõi tản nhiệt nhôm được đúc trong một bước trên máy ép phun, với lõi tản nhiệt nhôm được xử lý trước như một bộ phận nhúng. Nhiệt từ các hạt đèn LED được dẫn nhanh đến nhựa nhiệt thông qua lõi tản nhiệt nhôm. Nhựa nhiệt tạo ra sự đối lưu không khí với nhiều cánh của nó để tản nhiệt và bức xạ một phần nhiệt từ bề mặt của nó.

 

 

Mật độ nhựa nhiệt so với nhôm đúc và gốm sứ
Mật độ của nhựa nhiệt ít hơn 40% so với nhôm đúc và gốm. Đối với tản nhiệt có cùng hình dạng, trọng lượng của tản nhiệt composite nhôm-nhựa có thể giảm gần một phần ba. So với tản nhiệt toàn nhôm, chi phí gia công thấp hơn, chu kỳ gia công ngắn hơn và nhiệt độ gia công thấp hơn. Sản phẩm hoàn thiện không dễ vỡ. Khách hàng có thể sử dụng máy ép phun của riêng mình để sản xuất đồ chiếu sáng có thiết kế khác biệt. Tản nhiệt composite nhôm-nhựa có tính chất cách nhiệt tốt và dễ dàng vượt qua các tiêu chuẩn an toàn.

 

 

Tản nhiệt bằng nhựa có độ dẫn nhiệt cao
Tản nhiệt nhựa dẫn nhiệt cao là tản nhiệt hoàn toàn bằng nhựa, hệ số dẫn nhiệt cao hơn hàng chục lần so với nhựa thông thường, đạt 2-9 W/m·K. Có khả năng dẫn nhiệt và bức xạ nhiệt tuyệt vời, là loại vật liệu tản nhiệt cách nhiệt mới, ứng dụng cho nhiều loại đèn công suất khác nhau, được sử dụng rộng rãi trong đèn LED từ 1W đến 200W.

Nhựa dẫn nhiệt cao có mức điện áp chịu đựng lên đến AC 6000V, phù hợp để sử dụng với nguồn điện không đổi chuyển mạch không cách ly và nguồn điện không đổi tuyến tính điện áp cao HVLED. Điều này giúp các thiết bị chiếu sáng LED như vậy dễ dàng vượt qua các bài kiểm tra an toàn nghiêm ngặt như CE, TUV và UL. HVLED hoạt động ở điện áp cao (VF=35-280VDC) và dòng điện thấp (IF=20-60mA), giúp giảm nhiệt do tấm hạt đèn HVLED tạo ra. Tản nhiệt bằng nhựa dẫn nhiệt cao có thể được sản xuất bằng máy ép phun và đùn truyền thống.

 

Bên trong bộ tản nhiệt bằng nhựa có độ dẫn nhiệt cao, các ion kim loại kích thước nano được phân bố dày đặc giữa các phân tử PLA, có thể di chuyển nhanh ở nhiệt độ cao, làm tăng năng lượng bức xạ nhiệt. Hoạt động của nó vượt trội hơn so với bộ tản nhiệt bằng vật liệu kim loại. Bộ tản nhiệt bằng nhựa có độ dẫn nhiệt cao có khả năng chịu nhiệt độ cao, không bị nứt hoặc biến dạng sau năm giờ ở nhiệt độ 150 độ. Khi được sử dụng với các sơ đồ truyền động IC dòng điện không đổi tuyến tính điện áp cao, chúng không yêu cầu tụ điện phân và cuộn cảm lớn, giúp tăng đáng kể tuổi thọ của toàn bộ đèn LED. Các sơ đồ cung cấp điện không cách ly mang lại hiệu suất cao và chi phí thấp, khiến chúng đặc biệt phù hợp cho các ứng dụng trong đèn huỳnh quang và đèn công nghiệp và khai thác công suất cao.

 

Tản nhiệt bằng nhựa có độ dẫn nhiệt cao có thể được thiết kế với nhiều cánh tản nhiệt mịn. Các cánh tản nhiệt có thể được làm rất mỏng và nhiều, mở rộng đáng kể diện tích tản nhiệt. Các cánh tản nhiệt tự động tạo ra sự đối lưu không khí để tản nhiệt khi làm việc, dẫn đến tản nhiệt tốt. Nhiệt từ các hạt đèn LED được dẫn trực tiếp đến các cánh tản nhiệt thông qua nhựa có độ dẫn nhiệt cao và nhanh chóng tản ra thông qua sự đối lưu không khí và bức xạ bề mặt.

 

Mật độ của tản nhiệt nhựa dẫn nhiệt cao nhẹ hơn nhôm. Mật độ của nhôm là 2700 kg/m³, trong khi mật độ của nhựa là 1420 kg/m³, gần bằng một nửa so với nhôm. Do đó, đối với tản nhiệt có cùng hình dạng, trọng lượng của tản nhiệt nhựa chỉ bằng một nửa so với nhôm. Hơn nữa, quá trình gia công đơn giản, với chu kỳ đúc được rút ngắn 20-50%, điều này cũng làm giảm chi phí.

 

Nội dung trên được chia sẻ bởi đội ngũ kỹ thuật ZP HEAT SINK. Hãy tiếp tục theo dõi ZP HEAT SINK để biết thêm nhiều nội dung thú vị khác.