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¿Por qué el volumen de las lámparas LED es mayor que el de las lámparas tradicionales?

2020/07/30

En términos generales, ¿por qué el volumen de las lámparas LED es mayor que el de las lámparas tradicionales?

Principalmente debido a la tecnología de refrigeración LED. La disipación de calor es un factor importante que afecta la intensidad de iluminación de las lámparas LED. El disipador de calor puede resolver el problema de disipación de calor de las lámparas LED de baja iluminación. Un disipador de calor no puede resolver el problema de disipación de calor de las lámparas LED de 75W o 100W. Para lograr la intensidad de iluminación ideal, se debe utilizar tecnología de enfriamiento activo para resolver el calor liberado por los componentes de iluminación LED. Algunas soluciones de refrigeración activa, como los ventiladores, tienen una vida útil menor que las lámparas LED. Para proporcionar una solución práctica de enfriamiento activo para lámparas LED de alto brillo, la tecnología de disipación de calor debe ser de bajo consumo de energía; y adecuado para lámparas pequeñas; su vida útil debe ser similar o superior a la fuente de la lámpara.

En términos generales, de acuerdo con la forma en que se extrae el calor del radiador, el radiador se puede dividir en disipación de calor activa y disipación de calor pasiva.

La disipación de calor pasiva significa que el calor de la fuente de luz LED de la fuente de calor se disipa naturalmente en el aire a través del disipador de calor. El efecto de disipación de calor es proporcional al tamaño del disipador de calor, pero debido a que el calor se disipa naturalmente, el efecto se reduce considerablemente. Se suele utilizar en aquellos que no requieren espacio. Por ejemplo, algunas placas base populares también adoptan refrigeración pasiva en el puente norte. La mayoría de ellos adoptan refrigeración activa. El enfriamiento activo es forzado por dispositivos de enfriamiento como ventiladores. La eliminación del calor emitido por el disipador de calor se caracteriza por una alta eficiencia de disipación de calor y un tamaño pequeño del equipo.

La disipación de calor activa, subdividida del método de disipación de calor, se puede dividir en refrigeración por aire, refrigeración por líquido, refrigeración por tubería de calor, refrigeración por semiconductores, refrigeración química, etc. El enfriamiento por aire es el método de disipación de calor más común y, en comparación, también es un método más económico. El enfriamiento por aire es esencialmente el uso de un ventilador para eliminar el calor absorbido por el radiador. Tiene las ventajas de un precio relativamente bajo y una instalación conveniente. Sin embargo, depende en gran medida del medio ambiente. Por ejemplo, el rendimiento de la disipación de calor se verá muy afectado cuando la temperatura aumente y el overclocking.

Actualmente, la disipación de calor de las lámparas LED tiene principalmente los siguientes métodos:

1. Refrigeración líquida

La disipación de calor por refrigeración líquida es la circulación forzada de líquido bajo el impulso de una bomba para eliminar el calor del radiador. Comparado con el enfriamiento por aire, tiene las ventajas de tranquilidad, enfriamiento estable y menor dependencia del medio ambiente. El precio de la refrigeración líquida es relativamente alto y la instalación es relativamente problemática. Al mismo tiempo, intente instalar de acuerdo con las instrucciones del manual para obtener el mejor efecto de disipación de calor. Por consideraciones de costo y facilidad de uso, la disipación de calor enfriada por líquido generalmente usa agua como líquido de transferencia de calor, por lo que los radiadores enfriados por líquido a menudo se denominan radiadores enfriados por agua.

2. Tubo de calor

El tubo de calor es un tipo de elemento de transferencia de calor. Aprovecha al máximo el principio de conducción de calor y las propiedades de rápida transferencia de calor del refrigerante. Transfiere calor a través de la evaporación y condensación del líquido en el tubo de vacío completamente cerrado. Tiene una conductividad térmica extremadamente alta y buenas propiedades isotérmicas. El área de transferencia de calor en ambos lados del frío y el calor se puede cambiar arbitrariamente, el calor se puede transferir a larga distancia, la temperatura se puede controlar, etc., y el intercambiador de calor compuesto por tubos de calor tiene alta eficiencia de transferencia de calor, estructura compacta , pequeña resistencia a los fluidos, etc. ventaja. Su conductividad térmica ha superado con creces la de cualquier metal conocido.

3. Refrigeración de semiconductores

La refrigeración de semiconductores consiste en utilizar un tipo especial de chip de refrigeración de semiconductores para producir una diferencia de temperatura cuando se activa. Siempre que el calor del extremo de alta temperatura se pueda disipar de manera efectiva, el extremo de baja temperatura se enfriará continuamente. Se genera una diferencia de temperatura en cada partícula semiconductora y se forma una lámina de refrigeración conectando en serie docenas de dichas partículas, formando así una diferencia de temperatura en las dos superficies de la lámina de refrigeración. Usando este fenómeno de diferencia de temperatura, combinado con enfriamiento por aire/enfriamiento por agua para enfriar el extremo de alta temperatura, se puede obtener un excelente efecto de disipación de calor. La refrigeración de semiconductores tiene las ventajas de una baja temperatura de enfriamiento y una alta confiabilidad. La temperatura de la superficie fría puede alcanzar por debajo de menos 10℃, pero el costo es demasiado alto y puede causar cortocircuitos debido a la baja temperatura, y la tecnología de refrigeración de semiconductores actual no está madura y es insuficientemente práctica.

4. Refrigeración química

La llamada refrigeración química consiste en usar algunas sustancias químicas de temperatura ultrabaja y usarlas para absorber una gran cantidad de calor cuando se derriten para reducir la temperatura. En este sentido, es más común el uso de hielo seco y nitrógeno líquido. Por ejemplo, el uso de hielo seco puede reducir la temperatura por debajo de menos 20°C, y algunos jugadores más 'pervertidos' usan nitrógeno líquido para bajar la temperatura de la CPU por debajo de menos 100°C (en teoría). Eso sí, debido al alto precio y la corta duración, este método es más común en el laboratorio o en los entusiastas del overclocking extremo.

La elección del material de disipación de calor. En términos generales, los radiadores enfriados por aire ordinarios eligen naturalmente el metal como material del radiador. Para el material seleccionado, se espera que tenga un alto calor específico y una alta conductividad térmica. La plata y el cobre son los mejores materiales de conductividad térmica, seguidos del oro y el aluminio. Pero el oro y la plata son demasiado caros, por lo que el disipador de calor actual está hecho principalmente de aluminio y cobre. En comparación, tanto el cobre como la aleación de aluminio tienen sus propias ventajas y desventajas: el cobre tiene una buena conductividad térmica, pero es más caro, difícil de procesar, pesado y los radiadores de cobre tienen una capacidad calorífica pequeña y son fáciles de oxidar. Por otro lado, el aluminio puro es demasiado blando para usarse directamente. La aleación de aluminio utilizada puede proporcionar suficiente dureza. Las ventajas de la aleación de aluminio son el bajo precio y el peso ligero, pero la conductividad térmica es mucho peor que la del cobre. Por lo tanto, en la historia del desarrollo de radiadores, también han aparecido productos con los siguientes materiales:

1. Radiador de aluminio puro

El radiador de aluminio puro es el radiador más común en los primeros días. Su proceso de fabricación es simple y el costo es bajo. Hasta ahora, el radiador de aluminio puro todavía ocupa una parte considerable del mercado. Para aumentar el área de disipación de calor de​​sus aletas, el método de procesamiento más utilizado para radiadores de aluminio puro es la tecnología de extrusión de aluminio. Los principales indicadores para evaluar un radiador de aluminio puro son el grosor de la base del radiador y la relación Pin-Fin. Pin se refiere a la altura de la aleta del disipador de calor y Fin se refiere a la distancia entre dos aletas adyacentes. La relación Pin-Fin es la altura de Pin (excluyendo el grosor de la base) dividida por Fin. Cuanto mayor sea la relación Pin-Fin, mayor será el área efectiva de disipación de calor de​​el disipador de calor, y más avanzada la tecnología de extrusión de aluminio.

2. Radiador de cobre puro

La conductividad térmica del cobre es 1,69 veces mayor que la del aluminio, por lo que, en las mismas condiciones, el radiador de cobre puro puede eliminar rápidamente el calor de la fuente de calor. Sin embargo, la textura del cobre es un problema. Muchos anunciados como "radiadores de cobre puro" en realidad no son 100% de cobre. En la lista de cobre, los que tienen un contenido de cobre superior al 99 % se denominan cobre libre de ácido, y el siguiente grado de cobre es el cobre rojo con un contenido de cobre inferior al 85 %. El contenido de cobre de la mayoría de los radiadores de cobre puro del mercado se encuentra en algún punto intermedio. El contenido de cobre de algunos radiadores de cobre puro inferiores es incluso inferior al 85%. Aunque el costo es muy bajo, su conductividad térmica se reduce considerablemente, lo que afecta la disipación de calor. Además, el cobre también tiene deficiencias obvias, como el alto costo, el difícil procesamiento y la gran calidad del disipador de calor, lo que dificulta la aplicación de disipadores de calor totalmente de cobre. La dureza del cobre rojo no es tan buena como la aleación de aluminio AL6063, y algunos procesos mecánicos (como el corte longitudinal, etc.) no son tan buenos como el aluminio; el punto de fusión del cobre es mucho más alto que el del aluminio, lo que no conduce a la extrusión y otros problemas.

3. Tecnología de unión de cobre y aluminio.

Después de considerar las deficiencias respectivas del cobre y el aluminio, algunos radiadores de alta gama en el mercado actual suelen utilizar un proceso de fabricación combinado de cobre y aluminio. Estos disipadores de calor generalmente usan bases de metal de cobre y las aletas del disipador de calor usan aleación de aluminio. Por supuesto, además del fondo de cobre, también existen métodos como el uso de pilares de cobre para el disipador de calor, que también son el mismo principio. Con alta conductividad térmica, la superficie inferior de cobre puede absorber rápidamente el calor liberado por la CPU; Las aletas de aluminio se pueden fabricar en formas que son más propicias para la disipación de calor con la ayuda de métodos de procesamiento complejos, y brindan un espacio de almacenamiento de calor más grande y se liberan rápidamente. Un punto de equilibrio encontrado en todos los aspectos.

Para mejorar la eficiencia luminosa y la vida útil de los LED, resolver el problema de disipación de calor de los productos LED es uno de los temas más importantes en esta etapa. La industria de LED tiene requisitos extremadamente estrictos sobre la precisión de alineación del propio sustrato de disipación de calor, y debe tener una alta disipación de calor y un tamaño pequeño. Las características de tamaño y adherencia de las líneas metálicas son buenas. Por lo tanto, el uso de litografía de luz amarilla para fabricar sustratos cerámicos de disipación de calor de película delgada se convertirá en uno de los catalizadores importantes para promover la mejora continua de los LED de alta potencia.

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