لامپ های LED مواد و فناوری اتلاف گرما

اتلاف گرما عامل مهمی است که بر شدت روشنایی لامپ های LED تأثیر می گذارد. یک هیت سینک می تواند مشکل اتلاف حرارت لامپ های LED کم روشنایی را حل کند، اما یک هیت سینک نمی تواند مشکل اتلاف حرارت لامپ های پرقدرت را حل کند.

برای دستیابی به شدت روشنایی ایده آل، باید از فناوری خنک کننده فعال برای حل گرمای آزاد شده توسط اجزای لامپ LED استفاده شود و برخی از راه حل های خنک کننده فعال مانند فن ها به اندازه لامپ های LED عمر طولانی ندارند.

به منظور ارائه یک راه حل عملی خنک کننده فعال برای لامپ های LED با روشنایی بالا، فناوری اتلاف حرارت باید کم انرژی باشد و برای چراغ های کوچک با طول عمر مشابه یا بیشتر از منبع نور قابل استفاده باشد.

به طور کلی، با توجه به روشی که گرما از هیت سینک گرفته می شود، هیت سینک ها را می توان به خنک کننده فعال و خنک کننده غیرفعال تقسیم کرد.

به اصطلاح اتلاف حرارت غیرفعال به این معنی است که گرمای منبع نور LED منبع حرارت به طور طبیعی از طریق هیت سینک به هوا پراکنده می شود و اثر اتلاف گرما متناسب با اندازه هیت سینک است. اما از آنجایی که گرما را به طور طبیعی دفع می کند، البته تاثیر آن به شدت کاهش می یابد. اغلب در تجهیزاتی که به فضا نیاز ندارند یا برای دفع گرما برای قطعاتی که گرمای کمی تولید می کنند استفاده می شود. به عنوان مثال، برخی از مادربردهای محبوب نیز از اتلاف گرمای غیرفعال در پل شمالی استفاده می کنند.

اتلاف گرمای فعال عبارت است از حذف اجباری گرمای ساطع شده توسط هیت سینک از طریق فن ها و سایر تجهیزات دفع گرما. با راندمان اتلاف حرارت بالا و اندازه دستگاه کوچک مشخص می شود.

اتلاف گرمای فعال را می توان به اتلاف گرمای خنک شده با هوا، اتلاف حرارت مایع خنک، اتلاف حرارت لوله حرارتی، تبرید نیمه هادی، تبرید شیمیایی و غیره تقسیم کرد.

01. خنک کننده هوا

خنک کننده هوا رایج ترین روش اتلاف حرارت است و همچنین روشی نسبتاً ارزان است. خنک کننده هوا در اصل استفاده از فن ها برای از بین بردن گرمای جذب شده توسط هیت سینک است. دارای مزایای قیمت نسبتا پایین و نصب راحت است. با این حال وابستگی زیادی به محیط دارد. به عنوان مثال، عملکرد اتلاف حرارت آن در هنگام افزایش دما و اورکلاکینگ به شدت تحت تاثیر قرار می گیرد.

02. خنک کننده مایع

اتلاف گرمای خنک کننده مایع به منظور از بین بردن گرمای هیت سینک از طریق گردش اجباری مایع در زیر محرک پمپ است. در مقایسه با خنک کننده هوا، دارای مزایای بی صدا، خنک کننده پایدار و وابستگی کمتر به محیط است. قیمت خنک کننده مایع نسبتاً بالا است و نصب آن نسبتاً مشکل است. در عین حال سعی کنید هنگام نصب از دستورالعمل های دفترچه راهنما پیروی کنید تا بهترین اثر اتلاف گرما را به دست آورید. برای در نظر گرفتن هزینه و سهولت استفاده، خنک کننده مایع معمولاً از آب به عنوان مایع رسانای گرما استفاده می کند، بنابراین سینک های حرارتی خنک کننده مایع اغلب سینک های حرارتی خنک کننده آب نامیده می شوند.

03. خنک کننده لوله حرارتی

لوله حرارتی نوعی عنصر انتقال حرارت است که از اصل هدایت گرما و خواص انتقال سریع حرارت محیط تبرید به طور کامل استفاده می کند و گرما را از طریق تبخیر و متراکم شدن مایع در لوله خلاء کاملاً محصور منتقل می کند. رسانایی حرارتی بسیار بالا و ایزوترمال خوب منطقه انتقال حرارت در دو طرف سرد و گرم را می توان خودسرانه تغییر داد، انتقال حرارت از راه دور، کنترل دما و غیره، و مبدل حرارتی متشکل از لوله های حرارتی دارای راندمان انتقال حرارت بالایی است. ساختار فشرده و کاهش مقاومت سیال کوچک. مزیت - فایده - سود - منفعت. توانایی آن برای هدایت گرما بسیار بیشتر از هر فلز شناخته شده است.

04. تبرید نیمه هادی

تبرید نیمه هادی استفاده از یک تراشه تبرید نیمه هادی ویژه برای ایجاد اختلاف دما در هنگام روشن شدن برای خنک شدن است. تا زمانی که گرما در انتهای دمای بالا را بتوان به طور موثری از بین برد، انتهای دمای پایین به طور مداوم خنک می شود. اختلاف دما روی هر ذره نیمه هادی ایجاد می شود و یک ورق تبرید از ده ها ذره به صورت سری تشکیل شده است و در نتیجه اختلاف دما در دو سطح ورق تبرید ایجاد می شود. استفاده از این پدیده اختلاف دما، همراه با خنک کننده هوا / خنک کننده آب برای خنک کردن انتهای دمای بالا، می تواند اثر اتلاف حرارت عالی را به دست آورد.

تبرید نیمه هادی دارای مزایای دمای تبرید پایین و قابلیت اطمینان بالا است. دمای سطح سرد می تواند به زیر منفی 10 درجه برسد، اما هزینه آن بسیار زیاد است و ممکن است به دلیل دمای بسیار پایین باعث اتصال کوتاه شود. علاوه بر این، فناوری تراشه های تبرید نیمه هادی در حال حاضر به اندازه کافی بالغ نیست. کاربردی.

05. تبرید شیمیایی

اصطلاح تبرید شیمیایی برای استفاده از برخی مواد شیمیایی با دمای بسیار پایین و استفاده از آنها برای جذب مقدار زیادی گرما هنگام ذوب برای کاهش دما است. در این راستا استفاده از یخ خشک و نیتروژن مایع بیشتر است. به عنوان مثال، استفاده از یخ خشک می تواند دما را به زیر منفی 20 درجه کاهش دهد، و برخی از بازیکنان اغراق آمیز تر از نیتروژن مایع برای کاهش دمای CPU زیر منفی 100 درجه (از لحاظ نظری) استفاده می کنند. البته به دلیل قیمت بالا و مدت زمان کم، این روش بیشتر در آزمایشگاه ها یا اورکلاکرهای شدید دیده می شود.

به طور کلی، هیت سینک های معمولی که با هوا خنک می شوند، به طور طبیعی فلز را به عنوان ماده هیت سینک انتخاب می کنند. برای ماده انتخاب شده، امید است که هم گرمای ویژه و هم هدایت حرارتی بالایی داشته باشد.

همانطور که از شکل بالا مشخص است، نقره و مس بهترین رسانای حرارتی هستند و پس از آن طلا و آلومینیوم. از آنجایی که طلا و نقره بسیار گران هستند، سینک های حرارتی در حال حاضر عمدتا از آلومینیوم و مس ساخته می شوند.

هم مس و هم آلیاژ آلومینیوم مزایا و معایب خاص خود را دارند: مس هدایت حرارتی خوبی دارد، اما گرانتر است، پردازش آن دشوار است، بیش از حد سنگین است، ظرفیت حرارتی سینک حرارتی کوچک است و به راحتی اکسید می شود.

از طرف دیگر، آلومینیوم خالص برای استفاده مستقیم بسیار نرم است و آلیاژهای آلومینیوم می توانند سختی کافی را ایجاد کنند. مزایای آلیاژ آلومینیوم قیمت پایین و وزن سبک است، اما هدایت حرارتی آن بدتر از مس است. بنابراین، مواد زیر در تاریخ توسعه هیت سینک ظاهر شده اند:

01. هیت سینک آلومینیومی

هیت سینک آلومینیومی خالص رایج ترین سینک حرارتی در مراحل اولیه است و فرآیند ساخت آن ساده و هزینه پایین است. تا کنون، هیت سینک های آلومینیومی خالص هنوز بخش قابل توجهی از بازار را به خود اختصاص داده اند. به منظور افزایش سطح اتلاف حرارت پره های آن، متداول ترین روش پردازش برای هیت سینک های آلومینیومی خالص، فناوری اکستروژن آلومینیوم است و شاخص های اصلی برای ارزیابی یک هیت سینک آلومینیومی خالص، ضخامت پایه هیت سینک و پین است. -نسبت باله

پین به ارتفاع باله های هیت سینک و Fin به فاصله بین دو باله مجاور اشاره دارد. نسبت Pin-Fin ارتفاع پین (به استثنای ضخامت پایه) تقسیم بر باله است. هرچه نسبت Pin-Fin بزرگتر باشد به این معنی است که ناحیه اتلاف گرمای مؤثر هیت سینک بزرگتر است و این بدان معناست که فناوری اکستروژن آلومینیوم پیشرفته تر است.

02 هیت سینک مسی

رسانایی حرارتی مس 1.69 برابر آلومینیوم است، بنابراین با فرض یکسان بودن سایر شرایط، یک هیت سینک مس خالص می تواند گرما را سریعتر از منبع حرارت حذف کند. با این حال، بافت مس یک مشکل است. بسیاری از هیت سینک هایی که به عنوان "مس خالص" تبلیغ می شوند، در واقع 100 درصد مس نیستند.

در فهرست مس، میزان مس بیش از 99 درصد، مس بدون اسید نامیده می شود و عیار بعدی مس، مس قرمز با میزان مس کمتر از 85 درصد است. اکثر هیت سینک های مس خالص موجود در بازار در حال حاضر دارای محتوای مسی بین این دو هستند. برخی از هیت سینک های مس خالص کمتر از 85 درصد مس دارند. اگرچه هزینه بسیار پایین است، اما رسانایی حرارتی آنها بسیار کاهش می یابد که بر اتلاف گرما تأثیر می گذارد.

علاوه بر این، مس دارای معایب آشکاری نیز می باشد، مانند هزینه بالا، پردازش دشوار، و جرم زیاد سینک های حرارتی مانع استفاده از سینک های حرارتی تمام مسی می شود. سختی مس قرمز به خوبی آلیاژ آلومینیوم AL6063 نیست و عملکرد برخی از پردازش های مکانیکی (مانند شیار زدن و غیره) به خوبی آلومینیوم نیست. نقطه ذوب مس بسیار بالاتر از نقطه ذوب آلومینیوم است که برای اکستروژن مناسب نیست.

03. تکنولوژی اتصال مس و آلومینیوم

پس از در نظر گرفتن کاستی‌های مربوط به مس و آلومینیوم، برخی از هیت سینک‌های سطح بالا در بازار در حال حاضر از فرآیند تولید ترکیبی مس و آلومینیوم استفاده می‌کنند. این هیت سینک ها معمولا از پایه های فلزی مسی استفاده می کنند، در حالی که پره های دفع حرارت از آلیاژ آلومینیوم ساخته شده اند. البته علاوه بر کف مسی، روش هایی مانند استفاده از ستون های مسی برای هیت سینک نیز وجود دارد که این نیز همان اصل است.

با رسانایی حرارتی بالا، سطح زیرین مسی می تواند به سرعت گرمای آزاد شده توسط منبع گرما را جذب کند و پره های آلومینیومی را می توان به شکلی درآورد که برای اتلاف گرما با کمک ابزارهای پیچیده بسیار مناسب است و یک فضای بزرگ را فراهم کند. فضای ذخیره سازی گرما را به سرعت آزاد کنید. یک نقطه تعادل در همه جنبه ها پیدا شده است.