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如何在静态和瞬态背景下冷却LED灯珠

LED灯珠首要用于发光。因而,光学涂层、光束办理设备如反射器和透镜、波长转化荧光体等存在进一步的体系复杂性。尽管如此,热量办理关于牢靠的固态照明(SSL)产品而言至关重要。因而,咱们需求了解如何在静态和瞬态布景下冷却LED。
 
静态冷却LED灯珠
 
将LED灯珠坚持冷却的惯例办法是将LED器材安装在散热器上。来自LED灯珠的热量经过传导进入散热器,然后散发到空气中。假定热量被水或其他流体除掉,散热器有时被称为冷板,由于相关联的散热体系常常要规划作业流体处于低于室内环境的固定温度。
 
静态冷却LED灯珠
 
从LED灯珠到散热片能否有用运送热量取决于高导热性的资料。 咱们经过试验得出铜优于铝和黄铜,又优于不锈钢。
 
尽管铜在这些金属中是最佳的热导体,可是导热系数与资料的厚度无关。经过资料传导传递热量的才能首要跟热阻有关,厚度越厚,热阻越大。
 
电介质和气流
 
例如,中高功率LED灯珠阵列一般建立在导热PCB上。在顶面,有铜板与LED灯珠进行电衔接,而在下面有一块铝来传导热量。在铜和铝之间有一电介质层,以避免铜板对铝的电短路。各制造商在挑选介电资料方面采纳了不同的办法,从有机资料到无机化合物,涵盖了整个光谱。试验中热电阻最小的电介质资料几乎是一个数量级的,能够运用最薄的电介质资料,一同仍能供给所需的绝缘阻隔。
 
LED电介质气流
 
 
可是,试验并不能阐明悉数。假定该设备是用空气冷却的,在LED灯珠和散热片之间的热途径中将有许多界面。一些由焊料桥接,一些由粘合剂桥接,其他将被压在一同(例如运用螺丝)。这些接合处对热传导带来了额定的妨碍,其巨细或许很大、难以预测、并随时刻而改动。
 
体系中所有热阻和界面电阻的串联/并行加法称为热阻抗,规划导通途径以坚持LED灯珠冷却。核算类似于电阻网络。试验中,电压本质上就是温度,电流是热通量,所得电阻是热阻。
 
在开发作业中,您能够依靠于热传导途径的等效电阻。为了得到一个完好的热阻抗体系模型,有必要在资料之间的每个过渡处添加热界面电阻。
 
瞬态冷却LED灯珠
 
 以上的评论是假定在安稳状况,即LED灯珠永久地通电而且散热器将热能接连地耗散到周围空气中。这种热模型在两种情况下会呈现毛病。一种是在接通LED灯珠时,更一般地是在脉冲操作中。令人惊奇的是,能够规划一条热途径,在接连作业时坚持LED冷却,可是在接通时会过热。当这样操作时,相关联的热偏移或许让LED灯珠俄然呈现毛病,类似于钨丝灯丝敞开时俄然开裂相同。因而,LED灯珠的热处理方案规划需求考虑瞬态操作,而且包含时刻和空间变量。
 
LED灯珠
 
 
时刻依靠
 
瞬态冷却的时刻重量是由于热途径中资料的比热容量而发生的。这能够作为电容器添加到热电阻的电气模型中.热容量是指资料受热(或冷却)时吸收(或放出)热量的性质。热容量的巨细用比热容(简称比热)表明。
 
热传导的时刻依靠是由于体系中资料的热容量而导致的,电等效模型是RC低通滤波器。
 
电气模型类比意味着热阻抗有时用于描绘资料的时刻相关的热性质。请注意,这时要注意区别,由于热阻抗也能够用来描绘整个体系的静态热阻。
 
LED灯珠
 
空间依靠
 
瞬态冷却的空间重量源于热量往哪个方向分散多一些。比方,一个安装在大的薄金属板上的LED灯珠。开始,整个板处于环境温度。LED灯珠作为点热源。在接通时,LED灯珠会发生热量,经过传导将热量传递到板中。热量快速经过金属板,提高了LED灯珠下方区域的温度。因而,最早的时分,金属板的一小部分是来冷却LED灯珠的。金属板的导电性意味着LED灯珠的一些热量会在板内横向扩展,因而,参加冷却LED灯珠的金属板的体积会随时刻而添加,导致热阻和热容量呈现显着改动。
 
一个热体在薄金属板上,这种简略的有限元热模型经过参加冷却的板材体积的改动体现空间依靠性。这些模型的核算依照从左上到右下时刻添加来进行的。
 
当途径中存在高热阻的界面或层时,空间依靠特别重要。经过采纳办法就将热量分布在该屏障之前最大的或许区域,这样在稳态和脉冲操作中,LED灯珠能够到达更好的冷却。
 
总归,LED灯珠有必要被冷却,以到达最佳的功率并保证其光输出的安稳和寿数。能够运用根据电气部件的模型来结构简略的热传导稳态模型。可是,为了正确理解热途径,特别是在瞬态条件下的反响,最好运用能够习惯时刻、空间和温度改动的东西。
 
热传导的时刻和空间依靠性解说了为什么在资料挑选方面存在层次结构。高比热容或热导率会跟着资料在热途径中的方位和LED灯珠预期的操作形式而改动。
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