У міру зростання потужності світлодіодних освітлювальних приладів все частіше виникає потреба в спеціальних рішеннях щодо відведення тепла від світлодіодів. Зокрема, для потужних світлодіодів застосовуються спеціальні радіатори. Радіатори для потужних світлодіодів дозволяють відводити тепло від кристала до поверхні за рахунок теплопровідності матеріалів системи охолодження, а далі шляхом природної повітряної конвекції тепло відводиться від поверхні радіатора в навколишній простір. Ясна річ, що в першому випадку має значення обсяг і теплопровідність шляхів тепловідведення, у другому випадку - площа контакту з повітрям. Тому радіатори для світлодіодних матриць виробляють з матеріалів (найчастіше металів і сплавів, а також спеціальної кераміки) з високою теплопровідністю, а форма радіатора розраховується таким чином, щоб сумарна площа всіх його граней була максимально-можливою в даному обсязі простору. Найчастіше радіатор охолодження для led схожий на їжака, який наїжився голками або тонкими пластинами. Але, пасивне охолодження для світлодіодів не завжди дає необхідний ефект, тому в досить потужних світлодіодних збірках нерідко застосовується і примусове охолодження. Створюваний вентиляторами потік повітря прискорює відвід тепла від нагрітих пластин радіатора. При цьому, природно, витрачається додаткова потужність на живлення вентиляторів. Тому в досить потужних світлодіодних збірках нерідко застосовується і примусове охолодження.
Втім, не тільки потужні і надяскраві світлодіоди вимагають відводу тепла. Проблема відведення зайвого тепла від напівпровідникового кристала насущна абсолютно для всіх світлодіодів, але для різних типів LED вона вирішується по-різному. Це не означає, звичайно, що існують окремі радіатори для CREE, радіатори для OSRAM, радіатори для SEOUL або, скажімо, радіатори для EDISON або інших марок світлодіодів. Ні, вони-то, звичайно, існують, але принципово не відрізняються один від одного в технічному плані. Різних підходів до охолодження вимагають не різні марки, а світлодіоди, різні за потужністю.
Поширена думка про те, що світлодіод не нагрівається, не відповідає дійсності. Світлодіоди, як, втім, й інші джерела світла, крім випромінювання у видимій частині спектру, також виділяють і тепло. Правда, природа теплоутворення в твердотільних джерелах світла дещо відрізняється від природи виділення тепла в лампах розжарювання. Нитка розжарювання при проходженні електричного струму нагрівається (відповідно до закону Джоуля-Ленца, пропорційно опорі та квадрату сили струму) і починає випромінювати в інфрачервоній частині спектра. При досягненні температури вище 570 °С нитка розжарення починає випромінювати і у видимій частині спектру. Сучасні лампи розжарювання з ниткою з вольфраму або осмієво-вольфрамового сплаву працюють при температурах нитки в діапазоні 2000-2800 °С. При цьому близько 5% енергії випромінювання припадає на видиму частину спектра і 95% - на тепло. Тепло, що її несе інфрачервоними променями, в залежності від прозорості цоколя і плафона частково затримується на них, що призводить до їх нагрівання і подальший тепловідвід відбувається шляхом повітряної конвекції. Інша частина інфрачервоного випромінювання розсіюється в навколишньому світильнику просторі, приводячи до нагрівання повітря і навколишніх предметів. За великим рахунком, лампочки розжарювання є більш нагрівальними приладами, ніж освітлювальними. І, до речі, у міру поступової заборони на виробництво і реалізацію ламп розжарювання в деяких країнах ці ж лампи як і раніше продаються, але вже в якості нагрівачів.
Природа нагріву твердотільних джерел світла зовсім інша. У напівпровідникових приладах (не тільки світлодіодах) мають місце бути термоелектричні явища, зокрема, ефект Пельтьє. При проходженні струму через кордон різних провідників / напівпровідників виділяється тепло. При цьому тепло не випромінюється у вигляді інфрачервоного випромінювання - воно виділяється ВСЕРЕДИНІ кристала. Світлодіоди взагалі характеризуються вузьким спектром випромінювання, не пов'язаним з нагріванням. В інфрачервоному спектрі світлодіоди практично не випромінюють (мізерне випромінювання все ж відбувається, але не від кристала, а від нагрітих металевих частин світлодіода). Фотони випускаються світлодіодним кристалом в результаті електронно-доречниій рекомбінації, вони частково «йдуть» крізь лінзу в самостійну подорож по навколишньому світу. А частково «бомбардують» підкладку кристала, додатково викликаючи її нагрів. Оскільки кристал знаходиться під лінзою, мови про конвекції бути не може. Тобто з трьох способів тепловідведення: випромінювання, конвекції і теплопровідності для світлодіодних джерел світла має актуальність тільки третій.
Адже вони таки не гріються... Вище ми вже говорили, що припущення про те, що світлодіоди не нагріваються - не більше, ніж введення в оману. Так, дійсно, на дотик малопотужні світлодіоди зовсім не нагріваються. Що й не дивно. Оскільки тепло не йде на всі боки, як у випадку з лампою розжарювання, а... до речі, а куди ж воно подінеться? Це питання розглянемо в наступному параграфі, а зараз проаналізуємо, навіщо взагалі потрібно відведення тепла від світлодіодів. Ну, гріються, ну і що в цьому поганого?
Погано те, що характеристики світлодіодів дуже сильно залежать від температури. Чим вище температура нагріву світлодіодного кристала, тим:
Наведених причин з лишком достатньо, щоб серйозно взятися за завдання охолодження світлодіодів. До речі «охолодження світлодіодів» - термін некоректний для переважної більшості випадків. Правильніше говорити - відведення тепла.
Як ми вже відзначили раніше, єдиний спосіб «охолодити» світлодіодний кристал - відвести від нього надлишкове тепло за допомогою явища теплопровідності.
У малопотужних світлодіодах тепловідвід здійснюється через металеві контакти. Їх теплопровідних властивостей достатньо, щоб зайве тепло відводилося від кристала і розсіюювалося на платі. При цьому, чим довше ніжки світлодіода - тим краще він охолоджується.
У разі потужних світлодіодів контактів вже недостатньо для відводу зайвого тепла. Для відводу тепла кристал монтується на діелектричну підкладку, яка, в свою чергу, кріпиться на радіатор. Або, в разі керамічного радіатора кристал кріпиться безпосередньо на радіатор. Чим могутніше світлодіод, тим масивніше повинен бути радіатор і тим «більш ребриста» його форма, для забезпечення необхідної площі зіткнення радіатора з повітрям. Так виглядає пасивне охолодження потужних світлодіодів або теплова конвекція.
Якщо ж природної конвекції повітря недостатньо, підключається примусовий обдув радіатора з метою прискорення відведення тепла. Як, наприклад, у фарах сучасних автомобілів бізнес-класу, де 20-ватні лампи охолоджуються спеціальними кулерами. Так виглядає активне охолодження для потужних світлодіодів або турбулентна конвекція.
Почнемо з того, що практично всі виробники світлодіодної продукції та їх дистриб'ютори, як правило, пропонують комплексні рішення, коли кожному типу світлодіода відповідає готове рішення для відводу тепла. Скажімо, існують спеціальні радіатори для COB, для SMD, для DIP. В англомовній документації можна застосувати термін LED HEATSINK- радіатор для світлодіодів.
Сам процес розрахунку системи відводу тепла не можна назвати дуже простим, але є ряд спрощень і припущень, що дозволяють зробити процес вибору радіатора не таким складним.
Отримати більш детальну інформацію про продукцію напрямку світлотехнічна продукція і про те, як купити радіатори охолодження для світлодіодів в Києві і Україні, Ви можете за телефоном: +38 (044) 330-00-88 або по e-mail: info@sea.com.ua.
