Vergelijking van vijf soorten koellichamen voor LED-verlichtingsarmaturen

De grootste technische uitdaging voor LED-verlichtingsarmaturen is momenteel de kwestie van warmteafvoer. Slechte warmteafvoer leidt ertoe dat de voeding van de LED-driver en elektrolytische condensatoren knelpunten worden in de verdere ontwikkeling van LED-verlichtingsarmaturen, en ook de oorzaak van voortijdige veroudering van de LED-lichtbron.

 

Op dit moment wordt, wanneer de LED-lichtbron wordt ingeschakeld, ongeveer 30% van de elektrische energie omgezet in lichtenergie, terwijl de rest wordt omgezet in thermische energie. Daarom is het snel afvoeren van deze grote hoeveelheid warmte het belangrijkste technische aspect van het structurele ontwerp van LED-armaturen. Thermische energie moet worden afgevoerd via warmtegeleiding, warmteconvectie en warmtestraling. Alleen door warmte snel af te voeren, kan de holtetemperatuur in de LED-armatuur effectief worden verlaagd, waardoor de voeding wordt beschermd tegen werking in een omgeving met aanhoudende hoge temperaturen en wordt voorkomen dat de LED-lichtbron voortijdig veroudert door langdurige werking bij hoge temperaturen.

 

Laten we ZP HEAT SINK volgen om de warmteafvoerpaden van LED-verlichtingsarmaturen te verkennen:

Omdat LED-lichtbronnen geen infrarood- of ultravioletstraling hebben, hebben ze geen stralingswarmteafvoercapaciteiten. Daarom kan het warmteafvoerpad van LED-verlichtingsarmaturen alleen vertrouwen op koellichamen die nauw zijn gecombineerd met de LED-lampkralenplaat om warmte af te voeren. Koellichamen moeten de functies van warmtegeleiding, warmteconvectie en warmtestraling hebben.

 

Elke heatsink, naast het snel geleiden van warmte van de warmtebron naar het oppervlak van de heatsink, vertrouwt voornamelijk op convectie en straling om warmte af te voeren naar de lucht. Warmtegeleiding richt zich alleen op het overdrachtspad, terwijl warmteconvectie de hoofdfunctie is van de heatsink. De prestatie van warmteafvoer wordt voornamelijk bepaald door het warmteafvoergebied, de vorm en het vermogen van natuurlijke convectie. Warmtestraling speelt slechts een aanvullende rol.

 

Veelgebruikte warmteafvoermethoden zijn onder meer koellichamen van gegoten aluminium, geëxtrudeerd aluminium, gestempeld aluminium, koellichamen van aluminium-kunststofcomposiet en koellichamen van kunststof met een hoge thermische geleidbaarheid.

 

Gegoten aluminium koellichaam
De productiekosten zijn beheersbaar, maar de koelribben kunnen niet dun worden gemaakt, waardoor het moeilijk is om het warmteafvoergebied te maximaliseren. Veelvoorkomende spuitgietmaterialen voor LED-lampkoellichamen zijn ADC10 en ADC12.

 

Geëxtrudeerde aluminium koelplaat
Vloeibaar aluminium wordt geëxtrudeerd in vorm door een vaste mal, en vervolgens wordt de staaf gesneden in de gewenste vorm van de koelplaat door middel van machinale bewerking, wat leidt tot hogere nabewerkingskosten. De koelribben kunnen zeer dun en talrijk worden gemaakt, waardoor het warmteafvoergebied aanzienlijk wordt vergroot. De koelribben vormen automatisch luchtconvectie om warmte af te voeren tijdens het werken, wat resulteert in een betere warmteafvoer. Veelvoorkomende materialen zijn AL6061 en AL6063.

 

 

Gestempeld aluminium koellichaam
Met behulp van een ponsmachine en mal worden stalen of aluminiumlegeringsplaten gestempeld en getrokken om bekervormige koellichamen te vormen. De binnen- en buitenranden van de gestempelde koellichamen zijn glad, maar het warmteafvoergebied is beperkt vanwege het ontbreken van vinnen. Veelvoorkomende aluminiumlegeringsmaterialen zijn 5052, 6061 en 6063. Gestempelde onderdelen zijn lichtgewicht en hebben een hoog materiaalgebruik, waardoor dit een goedkope oplossing is.

 

 

De thermische geleidbaarheid van aluminiumlegering koellichamen is relatief ideaal, waardoor ze geschikt zijn voor geïsoleerde schakelende constante stroomvoedingen. Voor niet-geïsoleerde schakelende constante stroomvoedingen moet het structurele ontwerp van de lamp de isolatie van AC en DC, hoogspanning en laagspanning voedingen garanderen om CE of UL-certificering te behalen.

 

Aluminium-kunststofcomposiet koellichaam
Dit is een koellichaam met een thermische kunststof omhulsel en een aluminium kern. Het thermische kunststof en de aluminium koellichaamkern worden in één stap gegoten op een spuitgietmachine, waarbij de aluminium koellichaamkern vooraf is verwerkt als een ingebed onderdeel. De warmte van de LED-lampkralen wordt snel naar het thermische kunststof geleid via de aluminium koellichaamkern. Het thermische kunststof vormt luchtconvectie met zijn meerdere vleugels om warmte af te voeren en straalt een deel van de warmte van zijn oppervlak af.

 

 

Thermische kunststofdichtheid vergeleken met spuitgietaluminium en keramiek
De dichtheid van thermisch plastic is 40% lager dan die van gegoten aluminium en keramiek. Voor koellichamen met dezelfde vorm kan het gewicht van een aluminium-kunststof composiet koellichaam met bijna een derde worden verminderd. Vergeleken met volledig aluminium koellichamen zijn de verwerkingskosten lager, is de verwerkingscyclus korter en is de verwerkingstemperatuur lager. Het eindproduct is niet gemakkelijk te breken. Klanten kunnen hun eigen spuitgietmachines gebruiken om verlichtingsarmaturen met gedifferentieerde ontwerpen te produceren. Aluminium-kunststof composiet koellichamen hebben goede isolatie-eigenschappen en voldoen gemakkelijk aan veiligheidsnormen.

 

 

Kunststof koellichaam met hoge thermische geleidbaarheid
Een plastic koellichaam met hoge thermische geleidbaarheid is een volledig plastic koellichaam met een thermische geleidbaarheidscoëfficiënt die tientallen keren hoger is dan die van gewoon plastic, en die 2-9 W/m·K bereikt. Het heeft uitstekende warmtegeleidings- en warmtestralingsmogelijkheden. Het is een nieuw type isolerend warmteafvoermateriaal dat toepasbaar is op verschillende vermogenslampen, veelgebruikt in LED-lampen van 1W tot 200W.

Hoog thermisch geleidend plastic heeft een weerstandsspanningsniveau tot AC 6000V, geschikt voor gebruik met niet-geïsoleerde schakelende constante stroomvoedingen en HVLED hoogspanning lineaire constante stroomvoedingen. Dit maakt het gemakkelijk voor dergelijke LED-verlichtingsarmaturen om strenge veiligheidstests te doorstaan, zoals CE, TUV en UL. HVLED werkt onder hoge spanning (VF=35-280VDC) en lage stroom (IF=20-60mA), wat de warmte die wordt gegenereerd door de HVLED-lampkralenplaat vermindert. Hoog thermisch geleidende plastic koellichamen kunnen worden vervaardigd met behulp van traditionele spuitgiet- en extrusiemachines.

 

Binnenin de kunststof koelplaat met hoge thermische geleidbaarheid zijn nano-metaalionen dicht verdeeld over PLA-moleculen, die snel kunnen bewegen bij hoge temperaturen, waardoor de warmtestralingsenergie toeneemt. De activiteit is superieur aan die van metalen koelplaten. Kunststof koelplaten met hoge thermische geleidbaarheid zijn bestand tegen hoge temperaturen en barsten of vervormen niet na vijf uur bij 150 graden. Bij gebruik met lineaire IC-aandrijfschema's met hoge spanning en constante stroom, hebben ze geen elektrolytische condensatoren en grote inductoren nodig, waardoor de levensduur van de hele ledlamp aanzienlijk wordt verlengd. Niet-geïsoleerde voedingsschema's bieden een hoge efficiëntie en lage kosten, waardoor ze bijzonder geschikt zijn voor toepassingen in fluorescentielampen en industriële en mijnbouwlampen met hoog vermogen.

 

Hoge thermische geleidbaarheid plastic koellichamen kunnen worden ontworpen met veel fijne koelribben. De koelribben kunnen heel dun en talrijk worden gemaakt, waardoor het warmteafvoergebied enorm wordt uitgebreid. De koelribben vormen automatisch luchtconvectie om warmte af te voeren tijdens het werken, wat resulteert in een goede warmteafvoer. De warmte van de LED-lampkralen wordt rechtstreeks naar de koelribben geleid via het hoge thermische geleidbaarheid plastic en snel afgevoerd via luchtconvectie en oppervlaktestraling.

 

De dichtheid van plastic koellichamen met hoge thermische geleidbaarheid is lichter dan aluminium. De dichtheid van aluminium is 2700 kg/m³, terwijl de dichtheid van plastic 1420 kg/m³ is, ongeveer de helft van aluminium. Daarom is het gewicht van plastic koellichamen voor koellichamen met dezelfde vorm slechts de helft van dat van aluminium. Bovendien is de verwerking eenvoudig, met een verkorte gietcyclus van 20-50%, wat ook de kosten verlaagt.

 

Het bovenstaande is gedeeld door het ZP HEAT SINK technische team. Blijf ZP HEAT SINK volgen voor meer spannende content.