สาเหตุและวิธีแก้ปัญหาการให้ความร้อนของไฟ LED

สาเหตุและวิธีแก้ปัญหาการให้ความร้อนของไฟ LED
สาเหตุที่ LED ร้อนขึ้นก็เนื่องมาจากพลังงานไฟฟ้าที่เพิ่มเข้ามาไม่ได้ถูกแปลงเป็นพลังงานแสงทั้งหมด แต่ส่วนหนึ่งถูกแปลงเป็นพลังงานความร้อน ปัจจุบันประสิทธิภาพแสงของ LED อยู่ที่ 100lm/W เท่านั้น และประสิทธิภาพการแปลงแสงด้วยไฟฟ้าอยู่ที่ประมาณ 20~30% เท่านั้น กล่าวคือประมาณ 70% ของพลังงานไฟฟ้าถูกเปลี่ยนเป็นพลังงานความร้อน
โดยเฉพาะ การสร้างอุณหภูมิจุดเชื่อมต่อ LED เกิดจากปัจจัยสองประการ:
1. ประสิทธิภาพควอนตัมภายในไม่สูง กล่าวคือ เมื่ออิเล็กตรอนและรูรวมตัวกันใหม่ โฟตอนไม่สามารถสร้างได้ 100% ซึ่งโดยทั่วไปเรียกว่า "การรั่วไหลของกระแส" ซึ่งจะช่วยลดอัตราการรวมตัวกันใหม่ของตัวพาในภูมิภาค PN กระแสไฟรั่วคูณด้วยแรงดันคือกำลังของส่วนนี้ซึ่งถูกแปลงเป็นพลังงานความร้อน แต่ส่วนนี้ไม่ได้คำนึงถึงส่วนประกอบหลัก เนื่องจากขณะนี้ประสิทธิภาพของโฟตอนภายในอยู่ใกล้ถึง 90%
2. โฟตอนที่สร้างขึ้นภายในไม่สามารถถูกปล่อยออกสู่ด้านนอกของชิปทั้งหมดและเปลี่ยนเป็นความร้อนได้ในที่สุด ส่วนนี้เป็นส่วนหลัก เนื่องจากปัจจุบันที่เรียกว่าประสิทธิภาพควอนตัมภายนอกมีเพียงประมาณ 30% และส่วนใหญ่จะถูกแปลงเป็นความร้อน
แม้ว่าประสิทธิภาพการส่องสว่างของหลอดไส้จะต่ำมาก เพียงประมาณ 15 ลูเมน/วัตต์ แต่จะแปลงพลังงานไฟฟ้าเกือบทั้งหมดเป็นพลังงานแสงและแผ่รังสีออกมา เนื่องจากพลังงานรังสีส่วนใหญ่เป็นอินฟราเรด ประสิทธิภาพการส่องสว่างจึงต่ำมาก แต่ก็ช่วยขจัดปัญหาการระบายความร้อนได้
โซลูชั่นการกระจายความร้อนสำหรับโคมไฟ LED
การแก้ปัญหาการกระจายความร้อนของ LED ส่วนใหญ่เริ่มต้นจากสองด้าน ก่อนและหลังบรรจุภัณฑ์ สามารถเข้าใจได้ว่าเป็นการกระจายความร้อนของชิป LED และการกระจายความร้อนของหลอดไฟ LED เพราะ LED ใดๆ จะถูกนำมาทำเป็นโคมไฟแกน LED
ความร้อนที่เกิดจากชิปจะกระจายไปในอากาศผ่านตัวเรือนของโคมไฟเสมอ หากการกระจายความร้อนไม่ดี เนื่องจากความจุความร้อนของชิป LED มีขนาดเล็กมาก การสะสมความร้อนเพียงเล็กน้อยจะทำให้อุณหภูมิทางแยกของชิปเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว หากทำงานที่อุณหภูมิสูงเป็นเวลานานอายุการใช้งานจะสั้นลงอย่างรวดเร็ว อย่างไรก็ตาม มีหลายวิธีที่ความร้อนนี้จะถูกส่งออกจากชิปไปยังอากาศภายนอกได้ โดยเฉพาะอย่างยิ่ง ความร้อนที่เกิดจากชิป LED จะออกมาจากแผงระบายความร้อนที่เป็นโลหะ ขั้นแรกจะผ่านการบัดกรีไปยัง PCB ของซับสเตรตอะลูมิเนียม จากนั้นจึงผ่านแผ่นระบายความร้อนไปยังแผงระบายความร้อนอลูมิเนียม ดังนั้นการกระจายความร้อนของหลอดไฟ LEDจริงๆ แล้วประกอบด้วยสองส่วน: การนำความร้อนและการกระจายความร้อน
อย่างไรก็ตาม การกระจายความร้อนของตัวเรือนหลอดไฟ LED จะมีตัวเลือกที่แตกต่างกัน ขึ้นอยู่กับขนาดกำลังไฟและสถานที่ใช้งาน มีวิธีทำความเย็นเป็นหลักดังต่อไปนี้:
1. ครีบระบายความร้อนอะลูมิเนียม: นี่เป็นวิธีการกระจายความร้อนที่ใช้กันทั่วไปมากที่สุด โดยใช้ครีบกระจายความร้อนอะลูมิเนียมเป็นส่วนหนึ่งของตัวเครื่องเพื่อเพิ่มพื้นที่กระจายความร้อน
2. เปลือกพลาสติกนำความร้อน: เติมวัสดุนำความร้อนระหว่างการฉีดขึ้นรูปของเปลือกพลาสติกเพื่อเพิ่มการนำความร้อนและความสามารถในการกระจายความร้อนของเปลือกพลาสติก
3. อุทกพลศาสตร์ของอากาศ: การใช้รูปทรงของตัวโคมเพื่อสร้างอากาศหมุนเวียน ซึ่งเป็นวิธีที่ถูกที่สุดในการกระจายความร้อน
4. พัดลม พัดลมประสิทธิภาพสูงอายุการใช้งานยาวนานใช้ภายในตัวโคมเพื่อเพิ่มการกระจายความร้อน โดยมีต้นทุนต่ำและให้ผลดี อย่างไรก็ตามการเปลี่ยนพัดลมจะยุ่งยากกว่าและไม่เหมาะสำหรับการใช้งานกลางแจ้ง การออกแบบนี้ค่อนข้างหายาก
5. ท่อความร้อนใช้เทคโนโลยีท่อความร้อนเพื่อนำความร้อนจากชิป LED ไปยังครีบกระจายความร้อนของเปลือก เป็นการออกแบบทั่วไปในโคมไฟขนาดใหญ่ เช่น โคมไฟถนน
6. การรักษาด้วยการกระจายความร้อนด้วยรังสีพื้นผิว พื้นผิวของตัวเรือนหลอดไฟได้รับการบำบัดด้วยการกระจายความร้อนด้วยรังสี ซึ่งสามารถนำความร้อนออกจากพื้นผิวของตัวเรือนหลอดไฟด้วยการแผ่รังสี
โดยทั่วไปแล้ว ประสิทธิภาพการส่องสว่างของ LED ยังคงค่อนข้างต่ำในปัจจุบัน ซึ่งทำให้อุณหภูมิของจุดเชื่อมต่อเพิ่มขึ้นและอายุการใช้งานลดลง เพื่อลดอุณหภูมิของทางแยกเพื่อเพิ่มอายุการใช้งาน จำเป็นต้องให้ความสนใจอย่างมากกับปัญหาการกระจายความร้อน