Vật liệu và công nghệ tản nhiệt đèn LED

Tản nhiệt là yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến cường độ chiếu sáng của đèn LED. Bộ tản nhiệt có thể giải quyết vấn đề tản nhiệt của đèn LED có độ sáng thấp, nhưng bộ tản nhiệt không thể giải quyết vấn đề tản nhiệt của đèn công suất cao.

Để đạt được cường độ chiếu sáng lý tưởng, phải sử dụng công nghệ làm mát chủ động để giải nhiệt do các bộ phận của đèn LED tỏa ra, một số giải pháp làm mát chủ động như quạt không có tuổi thọ cao như đèn LED.

Để cung cấp giải pháp làm mát chủ động thiết thực cho đèn điện LED độ sáng cao, công nghệ tản nhiệt phải tiêu tốn ít năng lượng và có thể áp dụng cho đèn điện nhỏ có tuổi thọ tương đương hoặc dài hơn tuổi thọ của nguồn sáng.

Nói chung, theo cách lấy nhiệt từ tản nhiệt, tản nhiệt có thể được chia thành làm mát chủ động và làm mát thụ động.

Cái gọi là tản nhiệt thụ động có nghĩa là nhiệt của nguồn sáng LED nguồn nhiệt được tản nhiệt một cách tự nhiên vào không khí và hiệu quả tản nhiệt tỷ lệ thuận với kích thước của tản nhiệt. Nhưng vì nó tản nhiệt một cách tự nhiên nên hiệu quả đương nhiên giảm đi rất nhiều. Nó thường được sử dụng trong các thiết bị không cần không gian, hoặc để tản nhiệt cho các linh kiện tỏa nhiệt ít. Ví dụ, một số bo mạch chủ phổ biến cũng áp dụng tản nhiệt thụ động trên cầu bắc.

Tản nhiệt chủ động là cưỡng bức lấy đi nhiệt lượng tỏa ra từ bộ tản nhiệt thông qua quạt và các thiết bị tản nhiệt khác. Nó được đặc trưng bởi hiệu quả tản nhiệt cao và kích thước thiết bị nhỏ.

Tản nhiệt chủ động có thể được chia thành tản nhiệt làm mát bằng không khí, tản nhiệt làm mát bằng chất lỏng, tản nhiệt ống dẫn nhiệt, làm lạnh bán dẫn, làm lạnh hóa học, v.v.

01. Làm mát không khí

Làm mát bằng không khí là phương pháp tản nhiệt phổ biến nhất và nó cũng là một phương pháp tương đối rẻ. Làm mát bằng không khí về cơ bản là sử dụng quạt để lấy đi nhiệt lượng mà bộ tản nhiệt hấp thụ. Nó có ưu điểm là giá tương đối thấp và lắp đặt thuận tiện. Tuy nhiên, nó phụ thuộc nhiều vào môi trường. Ví dụ, hiệu suất tản nhiệt của nó sẽ bị ảnh hưởng rất nhiều khi nhiệt độ tăng và ép xung.

02. Tản nhiệt bằng chất lỏng

Tản nhiệt làm mát bằng chất lỏng là lấy đi nhiệt của bộ tản nhiệt thông qua sự tuần hoàn cưỡng bức của chất lỏng dưới sự dẫn động của máy bơm. So với làm mát bằng không khí, nó có ưu điểm là yên tĩnh, làm mát ổn định và ít phụ thuộc vào môi trường hơn. Giá làm mát bằng chất lỏng tương đối cao và việc lắp đặt tương đối rắc rối. Đồng thời, cố gắng làm theo hướng dẫn trong sách hướng dẫn khi lắp đặt để đạt hiệu quả tản nhiệt tốt nhất. Để xem xét chi phí và dễ sử dụng, làm mát bằng chất lỏng thường sử dụng nước làm chất lỏng dẫn nhiệt, vì vậy tản nhiệt làm mát bằng chất lỏng thường được gọi là tản nhiệt làm mát bằng nước.

03. Ống giải nhiệt

Ống dẫn nhiệt là một loại bộ phận truyền nhiệt, tận dụng triệt để nguyên lý dẫn nhiệt và đặc tính truyền nhiệt nhanh của môi trường làm lạnh, đồng thời truyền nhiệt thông qua sự bay hơi và ngưng tụ của chất lỏng trong ống chân không được bao kín hoàn toàn, với dẫn nhiệt cực cao và đẳng nhiệt tốt. Diện tích truyền nhiệt ở cả hai mặt lạnh và nóng có thể thay đổi tùy ý, truyền nhiệt đường dài, kiểm soát nhiệt độ, v.v., và bộ trao đổi nhiệt bao gồm các ống dẫn nhiệt có hiệu suất truyền nhiệt cao , cấu trúc nhỏ gọn và tổn thất điện trở chất lỏng nhỏ. thuận lợi. Khả năng dẫn nhiệt của nó vượt xa bất kỳ kim loại nào đã biết.

04. Điện lạnh bán dẫn

Làm lạnh bán dẫn là sử dụng chip làm lạnh bán dẫn đặc biệt để tạo ra chênh lệch nhiệt độ khi được cấp điện để làm mát. Miễn là nhiệt ở đầu nhiệt độ cao có thể được tiêu tan một cách hiệu quả, đầu nhiệt độ thấp sẽ được làm mát liên tục. Một sự chênh lệch nhiệt độ được tạo ra trên mỗi hạt bán dẫn và một tấm làm lạnh bao gồm hàng chục hạt như vậy nối tiếp nhau, do đó tạo thành sự chênh lệch nhiệt độ trên hai bề mặt của tấm làm lạnh. Sử dụng hiện tượng chênh lệch nhiệt độ này, kết hợp với làm mát không khí/làm mát bằng nước để làm mát đầu nhiệt độ cao, có thể đạt được hiệu quả tản nhiệt tuyệt vời.

Điện lạnh bán dẫn có ưu điểm là nhiệt độ làm lạnh thấp và độ tin cậy cao. Nhiệt độ của bề mặt lạnh có thể xuống dưới âm 10 độ, nhưng chi phí quá cao và có thể gây đoản mạch do nhiệt độ quá thấp. Hơn nữa, công nghệ chip làm lạnh bán dẫn hiện nay chưa đủ trưởng thành. thực tế.

05. Hóa chất làm lạnh

Cái gọi là làm lạnh hóa học là sử dụng một số chất hóa học ở nhiệt độ cực thấp và sử dụng chúng để hấp thụ một lượng nhiệt lớn khi nóng chảy để giảm nhiệt độ. Về vấn đề này, việc sử dụng đá khô và nitơ lỏng là phổ biến hơn. Ví dụ như dùng đá khô có thể hạ nhiệt độ xuống dưới âm 20 độ, còn một số game thủ phóng đại hơn thì dùng nitơ lỏng để hạ nhiệt độ CPU xuống dưới âm 100 độ (về mặt lý thuyết). Tất nhiên, do giá cao và thời gian ngắn, phương pháp này được sử dụng nhiều hơn trong phòng thí nghiệm hoặc những người ép xung cực đoan.

Nói chung, tản nhiệt làm mát bằng không khí thông thường tự nhiên chọn kim loại làm vật liệu tản nhiệt. Đối với vật liệu được chọn, người ta hy vọng rằng nó có cả nhiệt dung riêng cao và độ dẫn nhiệt cao.

Như có thể thấy từ hình trên, bạc và đồng là những chất dẫn nhiệt tốt nhất, tiếp theo là vàng và nhôm. Do vàng và bạc quá đắt nên tản nhiệt hiện nay chủ yếu được làm bằng nhôm và đồng.

Cả hợp kim đồng và nhôm đều có những ưu điểm và nhược điểm riêng: đồng có tính dẫn nhiệt tốt, nhưng đắt hơn, khó gia công, quá nặng, khả năng tản nhiệt của tản nhiệt nhỏ, dễ bị oxy hóa.

Mặt khác, nhôm nguyên chất quá mềm để sử dụng trực tiếp và hợp kim nhôm có thể cung cấp đủ độ cứng. Ưu điểm của hợp kim nhôm là giá rẻ, trọng lượng nhẹ nhưng khả năng dẫn nhiệt kém hơn đồng. Do đó, các vật liệu sau đã xuất hiện trong lịch sử phát triển tản nhiệt:

01. Tản nhiệt nhôm

Tản nhiệt bằng nhôm nguyên chất là loại tản nhiệt phổ biến nhất trong giai đoạn đầu, quy trình sản xuất đơn giản và chi phí thấp. Cho đến nay, tản nhiệt bằng nhôm nguyên chất vẫn chiếm một phần đáng kể trên thị trường. Để tăng diện tích tản nhiệt của các lá tản nhiệt, phương pháp xử lý phổ biến nhất được sử dụng cho tản nhiệt nhôm nguyên chất là công nghệ đùn nhôm và các chỉ số chính để đánh giá tản nhiệt nhôm nguyên chất là độ dày của đế tản nhiệt và Pin -Tỷ lệ vây.

Pin đề cập đến chiều cao của vây tản nhiệt và Fin đề cập đến khoảng cách giữa hai vây liền kề. Tỷ lệ Pin-Fin là chiều cao của Pin (không bao gồm độ dày của đế) chia cho Fin. Tỷ lệ Pin-Fin càng lớn nghĩa là diện tích tản nhiệt hiệu quả của tản nhiệt càng lớn, đồng nghĩa với công nghệ đùn nhôm càng tiên tiến.

02 Tản nhiệt bằng đồng

Độ dẫn nhiệt của đồng gấp 1,69 lần so với nhôm, do đó, với tiền đề là các điều kiện khác giống nhau, tản nhiệt bằng đồng nguyên chất có thể loại bỏ nhiệt khỏi nguồn nhiệt nhanh hơn. Tuy nhiên, kết cấu của đồng là một vấn đề. Nhiều bộ tản nhiệt được quảng cáo là "đồng nguyên chất" không thực sự là 100% đồng.

Trong danh sách đồng, hàm lượng đồng trên 99% được gọi là đồng không có axit và loại đồng tiếp theo là đồng đỏ với hàm lượng đồng dưới 85%. Hầu hết các bộ tản nhiệt bằng đồng nguyên chất trên thị trường hiện có hàm lượng đồng nằm giữa hai loại này. Một số bộ tản nhiệt bằng đồng nguyên chất kém chất lượng chứa ít hơn 85% đồng. Mặc dù chi phí rất thấp nhưng khả năng dẫn nhiệt của chúng giảm đi rất nhiều, ảnh hưởng đến khả năng tản nhiệt.

Ngoài ra, đồng cũng có những nhược điểm rõ ràng, chẳng hạn như chi phí cao, xử lý khó khăn và khối lượng lớn của tản nhiệt cản trở việc áp dụng tản nhiệt hoàn toàn bằng đồng. Độ cứng của đồng đỏ không tốt bằng hợp kim nhôm AL6063 và hiệu suất của một số xử lý cơ học (chẳng hạn như tạo rãnh, v.v.) không tốt bằng nhôm; điểm nóng chảy của đồng cao hơn nhiều so với nhôm, không có lợi cho quá trình đùn.

03. Công nghệ liên kết đồng nhôm

Sau khi xem xét những thiếu sót tương ứng của đồng và nhôm, một số bộ tản nhiệt cao cấp trên thị trường hiện đang sử dụng quy trình sản xuất kết hợp đồng-nhôm. Các tản nhiệt này thường sử dụng đế kim loại đồng, trong khi cánh tản nhiệt làm từ hợp kim nhôm. Tất nhiên, ngoài đáy đồng, còn có các phương pháp như sử dụng trụ đồng để tản nhiệt, cũng là nguyên tắc tương tự.

Với độ dẫn nhiệt cao, bề mặt đáy bằng đồng có thể nhanh chóng hấp thụ nhiệt do nguồn nhiệt tỏa ra và các vây nhôm có thể được tạo thành hình dạng thuận lợi nhất cho việc tản nhiệt với sự trợ giúp của các phương tiện quy trình phức tạp và cung cấp một lượng lớn không gian lưu trữ nhiệt và giải phóng nó một cách nhanh chóng. Một điểm cân bằng đã được tìm thấy trong tất cả các khía cạnh.