Как и в случае со всеми другими электронными компонентами и комплектующими, температурный баланс оказывает непосредственное влияние на срок службы светодиода и, следовательно, имеет серьезное значение для эффективности, надежности и качества светодиодного светильника с его применением. В области светодиодных технологий пассивная конвекция часто используется для отвода нежелательного тепла. Пассивный отвод тепла с помощью естественной конвекции надежен и абсолютно бесшумен, чтобы интегрировать его во многие области применения.
В области промышленной электроники, или, скорее, в области промышленного освещения, литые под давлением радиаторы получили широкое распространение для отвода тепла от светодиодов, особенно в случае светильников мощностью более 150Вт. Литье под давлением – это производственный процесс, при котором расплавленный металл заливается или прессуется в стальные формы (Рис.1). Наиболее часто используемыми сплавами для литья под давлением являются алюминий, цинк и магний. Однако недостатками этого процесса являются пористость, внешний вид продукта и высокие затраты на оснастку, которые экономически невыгодны для небольших и средних объемов. Что касается отвода тепла, следует отметить значительно более низкую теплопроводность используемых сплавов по сравнению с экструдированным сплавом.
Поэтому специально для светотехнической отрасли постоянно разрабатываются новые специальные экструдированные алюминиевые профили в качестве светодиодных радиаторов. Алюминий, с его многочисленными положительными свойствами, такими как малый вес по сравнению со сталью, высокая стабильность и прочность, коррозионная стойкость, электропроводность и универсальная обрабатываемость, обеспечивает идеальную основу для эффективных концепций охлаждения с использованием экструзии для светодиодных радиаторов. Светодиодные радиаторы, изготовленные из алюминия, состоят из так называемых кованых сплавов. Они содержат в основном алюминий, магний и кремний в качестве основных компонентов.
Как правило, светодиодные радиаторы имеют цилиндрическую форму (Рис.2). Популярность такой формы обусловлена не только принципом свободной, бесшумной конвекции, но и тем, что она дает большую гибкость при проектировании корпуса будущего светильника. Так же радиальное расположение ребер радиатора позволяет достигнуть наибольшей площади отвода тепла при минимальных габаритах, что сказывается и на весе светильника, и на его парусности.
Большое значение имеет способ ориентации радиатора в пространстве. Для обеспечения максимальной естественной конвекции воздуха между ребрами радиатора, что непосредственно влияет на эффективность отвода тепла, его следует размещать вертикально.
Однако такой способ ориентации применим не во всех решениях. Именно поэтому были разработаны радиаторы с термотрубками – металлические трубки, изготовленные из меди, алюминия или других металлов с высокой теплопроводностью. Внутри них находится небольшое количество жидкости – так называемая рабочая жидкость (например, чистая вода), и капиллярная структура (фитиль). Внутри создается вакуум для уплотнения рабочей жидкости и ее паров, а также для облегчения процесса испарения и конденсации.
Когда один конец тепловой трубы находится в контакте с источником тепла, ее рабочая жидкость испаряется, поглощая при этом скрытое тепло, и образующийся пар перемещается в участок трубы с более низкой температурой. Рабочая жидкость в зоне с относительно низкой температурой конденсируется, выделяя тепло, и возвращается в жидкую форму. Это механизм, с помощью которого тепло передается из высокотемпературной зоны в низкотемпературную. Рабочая жидкость, сконденсировавшаяся в жидкую форму, возвращается к источнику тепла через фитиль в процессе капиллярного действия. Этот цикл испарения, разжижения и переноса рабочей жидкости происходит очень быстро и непрерывно. Система не требует ни питания, ни технического обслуживания, не требует эксплуатационных затрат и может работать в течение длительного периода времени. Применение этой технологии позволяет использовать гораздо большую площадь отвода тепла за счет быстрой передачи тепловой энергии от источника света по всей длине радиатора. При этом потери эффективности теплоотдачи, связанные с ограниченной теплоемкостью материалов, из которого он изготовлен радиатор, практически полностью нивелируются за счет высокой скорости циклов передачи тепловой энергии внутри термотрубки (Рис.3).
