Vergleich von fünf Kühlkörpertypen für LED-Leuchten

Die größte technische Herausforderung bei LED-Leuchten ist derzeit die Wärmeableitung. Eine schlechte Wärmeableitung führt dazu, dass die Stromversorgung des LED-Treibers und die Elektrolytkondensatoren zu Engpässen bei der Weiterentwicklung von LED-Leuchten werden und zu einer vorzeitigen Alterung der LED-Lichtquelle führen.

 

Derzeit werden beim Einschalten der LED-Lichtquelle etwa 30 % der elektrischen Energie in Lichtenergie umgewandelt, während der Rest in Wärmeenergie umgewandelt wird. Daher ist die schnelle Ableitung dieser großen Wärmemenge der wichtigste technische Aspekt des strukturellen Designs von LED-Leuchten. Wärmeenergie muss durch Wärmeleitung, Wärmekonvektion und Wärmestrahlung abgeführt werden. Nur durch eine schnelle Wärmeableitung kann die Hohlraumtemperatur im Inneren der LED-Leuchte effektiv gesenkt werden, wodurch die Stromversorgung vor dem Betrieb in einer dauerhaft hohen Temperatur geschützt und eine vorzeitige Alterung der LED-Lichtquelle durch langfristigen Betrieb bei hohen Temperaturen verhindert wird.

 

Folgen wir ZP HEAT SINK, um die Wärmeableitungswege von LED-Beleuchtungskörpern zu erkunden:

Da LED-Lichtquellen weder Infrarot- noch Ultraviolettstrahlen abgeben, können sie keine Strahlungswärme ableiten. Daher kann der Wärmeableitungspfad von LED-Leuchten nur auf Kühlkörper angewiesen sein, die eng mit der LED-Lampenperlenplatine verbunden sind, um die Wärme abzuleiten. Kühlkörper müssen die Funktionen der Wärmeleitung, Wärmekonvektion und Wärmestrahlung haben.

 

Jeder Kühlkörper leitet die Wärme nicht nur schnell von der Wärmequelle zur Oberfläche des Kühlkörpers, sondern verlässt sich auch in erster Linie auf Konvektion und Strahlung, um die Wärme in die Luft abzugeben. Die Wärmeleitung betrifft nur den Übertragungsweg, während die Wärmekonvektion die Hauptfunktion des Kühlkörpers ist. Die Leistung der Wärmeableitung wird hauptsächlich durch die Wärmeableitungsfläche, die Form und die Fähigkeit zur natürlichen Konvektion bestimmt. Wärmestrahlung spielt nur eine ergänzende Rolle.

 

Zu den üblichen Methoden der Wärmeableitung gehören Kühlkörper aus Aluminiumdruckguss, Kühlkörper aus stranggepresstem Aluminium, Kühlkörper aus gestanztem Aluminium, Kühlkörper aus Aluminium-Kunststoff-Verbundwerkstoffen und Kunststoffkühlkörper mit hoher Wärmeleitfähigkeit.

 

Kühlkörper aus Aluminiumdruckguss
Die Produktionskosten sind kontrollierbar, aber die Kühlrippen können nicht dünn gemacht werden, was es schwierig macht, die Wärmeableitungsfläche zu maximieren. Gängige Druckgussmaterialien für Kühlkörper von LED-Lampen sind ADC10 und ADC12.

 

Kühlkörper aus extrudiertem Aluminium
Flüssiges Aluminium wird durch eine feste Form in Form gepresst, und dann wird der Stab durch maschinelle Bearbeitung in die gewünschte Form des Kühlkörpers geschnitten, was zu höheren Nachbearbeitungskosten führt. Die Kühlrippen können sehr dünn und zahlreich ausgeführt werden, wodurch der Wärmeableitungsbereich erheblich vergrößert wird. Die Kühlrippen bilden beim Arbeiten automatisch eine Luftkonvektion, um die Wärme abzuleiten, was zu einer besseren Wärmeableitung führt. Gängige Materialien sind AL6061 und AL6063.

 

 

Kühlkörper aus gestanztem Aluminium
Mithilfe einer Stanzpresse und einer Form werden Stahl- oder Aluminiumlegierungsplatten gestanzt und gezogen, um becherförmige Kühlkörper zu bilden. Die Innen- und Außenränder der gestanzten Kühlkörper sind glatt, aber die Wärmeableitungsfläche ist aufgrund fehlender Rippen begrenzt. Gängige Aluminiumlegierungsmaterialien sind 5052, 6061 und 6063. Gestanzte Teile sind leicht und weisen eine hohe Materialausnutzung auf, was sie zu einer kostengünstigen Lösung macht.

 

 

Die Wärmeleitfähigkeit von Kühlkörpern aus Aluminiumlegierungen ist relativ ideal, sodass sie für isolierte Schaltnetzteile mit konstantem Strom geeignet sind. Bei nicht isolierten Schaltnetzteilen mit konstantem Strom muss die Konstruktion der Lampe die Isolierung von Wechsel- und Gleichstrom-, Hochspannungs- und Niederspannungsnetzteilen sicherstellen, um die CE- oder UL-Zertifizierung zu erhalten.

 

Kühlkörper aus Aluminium-Kunststoff-Verbundwerkstoff
Dies ist ein Kühlkörper mit einer Hülle aus Thermoplastik und einem Aluminiumkern. Der Thermoplastik- und der Aluminium-Kühlkörperkern werden in einem Schritt auf einer Spritzgussmaschine geformt, wobei der Aluminium-Kühlkörperkern als eingebettetes Teil vorverarbeitet wird. Die Wärme von den LED-Lampenperlen wird durch den Aluminium-Kühlkörperkern schnell zum Thermoplastik geleitet. Der Thermoplastik erzeugt mit seinen mehreren Flügeln Luftkonvektion, um Wärme abzuleiten, und strahlt einen Teil der Wärme von seiner Oberfläche ab.

 

 

Dichte von thermoplastischen Kunststoffen im Vergleich zu Aluminiumdruckguss und Keramik
Die Dichte von Thermoplastik ist 40 % geringer als die von Aluminiumdruckguss und Keramik. Bei Kühlkörpern gleicher Form kann das Gewicht eines Aluminium-Kunststoff-Verbundkühlkörpers um fast ein Drittel reduziert werden. Im Vergleich zu Vollaluminiumkühlkörpern sind die Verarbeitungskosten niedriger, der Verarbeitungszyklus kürzer und die Verarbeitungstemperatur niedriger. Das fertige Produkt ist nicht so leicht zerbrechlich. Kunden können ihre eigenen Spritzgussmaschinen verwenden, um Leuchten mit differenziertem Design herzustellen. Aluminium-Kunststoff-Verbundkühlkörper haben gute Isoliereigenschaften und erfüllen problemlos die Sicherheitsstandards.

 

 

Kunststoff-Kühlkörper mit hoher Wärmeleitfähigkeit
Ein Kunststoffkühlkörper mit hoher Wärmeleitfähigkeit ist ein vollständig aus Kunststoff bestehender Kühlkörper mit einem Wärmeleitfähigkeitskoeffizienten, der Dutzende Male höher ist als bei gewöhnlichem Kunststoff und 2-9 W/m·K erreicht. Er verfügt über ausgezeichnete Wärmeleitungs- und Wärmeabstrahlungsfähigkeiten. Es handelt sich um ein neuartiges isolierendes Wärmeableitungsmaterial, das für verschiedene Hochleistungslampen geeignet ist und häufig in LED-Lampen von 1 W bis 200 W verwendet wird.

Kunststoff mit hoher Wärmeleitfähigkeit hält einer Spannung von bis zu 6000 V Wechselstrom stand und eignet sich für die Verwendung mit nicht isolierten Konstantstromversorgungen und linearen HVLED-Hochspannungs-Konstantstromversorgungen. Dadurch können solche LED-Leuchten strenge Sicherheitstests wie CE, TÜV und UL problemlos bestehen. HVLED arbeitet mit hoher Spannung (VF=35-280 VDC) und niedrigem Strom (IF=20-60 mA), wodurch die von der HVLED-Lampenperlenplatine erzeugte Wärme reduziert wird. Kühlkörper aus Kunststoff mit hoher Wärmeleitfähigkeit können mit herkömmlichen Spritzguss- und Extrusionsmaschinen hergestellt werden.

 

Im Inneren des Kunststoffkühlkörpers mit hoher Wärmeleitfähigkeit sind nanogroße Metallionen dicht zwischen den PLA-Molekülen verteilt, die sich bei hohen Temperaturen schnell bewegen können und so die Wärmestrahlungsenergie erhöhen. Seine Aktivität ist der von Kühlkörpern aus Metallmaterial überlegen. Kunststoffkühlkörper mit hoher Wärmeleitfähigkeit sind beständig gegen hohe Temperaturen und reißen oder verformen sich auch nach fünf Stunden bei 150 Grad nicht. Bei Verwendung mit linearen Hochspannungs-Konstantstrom-IC-Antriebssystemen benötigen sie keine Elektrolytkondensatoren und großen Induktoren, was die Lebensdauer der gesamten LED-Lampe erheblich verlängert. Nicht isolierte Stromversorgungssysteme bieten eine hohe Effizienz und niedrige Kosten, wodurch sie sich besonders für Anwendungen in Leuchtstoffröhren und Hochleistungslampen für Industrie und Bergbau eignen.

 

Kühlkörper aus Kunststoff mit hoher Wärmeleitfähigkeit können mit vielen feinen Kühlrippen ausgestattet werden. Die Kühlrippen können sehr dünn und zahlreich sein, wodurch der Wärmeableitungsbereich erheblich erweitert wird. Die Kühlrippen bilden beim Arbeiten automatisch Luftkonvektion, um die Wärme abzuleiten, was zu einer guten Wärmeableitung führt. Die Wärme von den LED-Lampenperlen wird durch den Kunststoff mit hoher Wärmeleitfähigkeit direkt zu den Kühlrippen geleitet und durch Luftkonvektion und Oberflächenstrahlung schnell abgeleitet.

 

Die Dichte von Kunststoffkühlkörpern mit hoher Wärmeleitfähigkeit ist geringer als die von Aluminium. Die Dichte von Aluminium beträgt 2700 kg/m³, während die Dichte von Kunststoff 1420 kg/m³ beträgt, also etwa die Hälfte der Dichte von Aluminium. Daher ist das Gewicht von Kunststoffkühlkörpern bei gleicher Form nur halb so groß wie das von Aluminium. Darüber hinaus ist die Verarbeitung einfach, da der Formzyklus um 20-50 % verkürzt wird, was auch die Kosten senkt.

 

Das Obige wird vom technischen Team von ZP HEAT SINK bereitgestellt. Bitte folgen Sie ZP HEAT SINK weiterhin für weitere spannende Inhalte.