Công nghệ LED hiện nay ngày càng trở nên phổ biến việc sản xuất và đưa ra thị trường bộ đèn LED chiếu sáng chất lượng đòi hỏi phải trải qua nhiều lần nghiên cứu phân tích tính toán so sánh và thử nghiệm. Potech luôn tự hào với những nghiên cứu và bài học sương máu về công nghệ để rồi áp dụng thực tiễn những giải pháp công nghệ cải tiến, nhằm nâng cao chất lượng hiệu suất cũng như độ sáng bộ đèn.
Mườn tượng hóa bộ đèn được cấu thành từ mạch nguồn là trái tim, chip LED là đôi mắt, thì bộ phận tản nhiệt cũng có thể coi như là lá phổi của một bộ đèn LED chiếu sáng. Để có thể bền bỉ hoạt động hiệu quả trong các điều kiện khắc nghiệt của môi trường thì đòi hỏi tất cả các thành phần cấu thành nên bộ đèn phải chất lượng giống như nhau.
NGUYÊN LÝ CHUNG CỦA THIẾT BỊ CHIẾU SÁNG
Hầu hết các loại thiết bị chiếu sáng khi hoạt động đều sản sinh ra một nhiệt lượng nhất định. Khi cung cấp điện cho nguồn LED phát sáng liên tục sẽ dẫn đến LED tỏa nhiệt càng cao khi đó nhiệt tỏa ra phải được tản nhiệt ra bên ngoài môi trường.
Thực tế đèn LED không quá nóng khi để tay gần vì chúng thường không sinh ra nhiệt ở dạng bức xạ hồng ngoại, hay nói cách khác đèn LED sinh ra nhiệt ở bên trong cấu trúc diode bán dẫn (thay vì photon nhiệt) chính vì lượng nhiệt ảnh hưởng đến tuổi thọ của chip LED, vấn đề đặt ra nhiệt này cần phải được giải phóng thông qua truyền nhiệt và đối lưu. Do đó yêu cầu thiết kế bộ tản nhiệt ảnh hưởng đến đến độ sáng, độ ổn định cũng như tuổi thọ và thậm chí là tính an toàn của đèn.
Việc tản nhiệt nhanh hay chậm sẽ quyết định đến sự suy giảm độ sáng và tuổi thọ của đèn. Theo đó nếu hoạt động lâu ở nhiệt độ cao thì cả tuổi thọ và độ sáng đều giảm, dần dần sẽ dẫn đến độ sáng kém không đạt hiệu quả như mong muốn.
GIẢI PHÁP TIẾT KIỆM NĂNG LƯỢNG TRÊN CƠ SỞ TẢN NHIỆT
Yêu cầu sự tản nhiệt tốt
- Bộ phận tản nhiệt của đèn LED phụ thuộc rất nhiều yếu tố từ chất liệu vỏ đèn, công nghệ chip LED cho tới chất lượng vật liệu và kích thước vỏ đèn.
- Tản nhiệt phải được tạo nên từ những vật liệu truyền dẫn nhiệt tốt như nhôm, đồng hợp kim của nhôm đồng, kẽm các vật liệu có hệ số truyền dẫn nhiệt cao…
- Kiểu dáng thiết kế phải đảm bảo diện tích bề mặt tiếp xúc với môi trường là lớn nhất tùy công suất của từng bộ đèn.
- Thiết kế mặt hình dạng vây cánh đảm bảo khoảng cách và không gian giữa các vây sao cho quá trình giải và tản nhiệt diễn ra nhanh nhất.
- Thiết kế phải dựa trên cơ sở lý thuyết truyền nhiệt và trao đổi nhiệt.
Các kiểu tản nhiệt được thiết kế:
+ Kiểu tản nhiệt ống đồng lá nhôm
+ Kiểu tản nhiệt hoa hướng dương
+ Kiểu tản nhiệt nhôm xẻ rãnh
+ Kiểu tản nhiệt cold forged,… vv
TẢN NHIỆT TIÊU TÁN NĂNG LƯỢNG THEO 3 CÁCH
+ Truyền Dẫn nhiệt bề mặt
Đặc điểm kiểu truyền nhiệt này là truyền nhiệt từ chất rắn sang chất rắn nghĩa là dẫn nhiệt qua bề mặt tiếp xúc.
Theo nguyên lý truyền dẫn nhiệt thì nhiệt sẽ truyền từ nơi có nhiệt độ cao về nơi có nhiệt độ thấp, hiệu quả nhất là các bề mặt vật liệu phải đồng cơ tính cùng tiếp xúc với một nguồn nhiệt cố định.
Khi đèn sáng chip LED sẽ phát sinh ra một nhiệt lượng thông qua dẫn nhiệt bề mặt, nhiệt xung quanh chip LED sẽ truyền và lan tỏa đến bộ tản nhiệt, mức độ truyền dẫn cao hay thấp phụ thuộc vào cơ tính vật liệu và bề mặt tiếp giáp giữa chip LED và bộ tản nhiệt, tại vị trí tiếp giáp này yêu cầu giữa hai bề mặt phải nhẵn mịn không mấp mô gồ ghề độ nhám bề mặt nhỏ nhất, để tăng hiệu quả truyền nhiệt ta sử dụng loại keo tản nhiệt, chất kết dính dẫn nhiệt tốt.
+ Truyền dẫn nhiệt ĐỐI LƯU
Theo lý thuyết truyền nhiệt, việc truyền nhiệt từ chất rắn sang chất lỏng chuyển động có đặc điểm số lượng khoảng trống lớn tạo ra không gian chuyển động của các dòng khí, kích thước số lượng cũng như độ dày mỏng của vây cánh tản nhiệt.
Vây giúp ích nếu được thiết kế cung cấp nhiều bề mặt hơn để nhiệt truyền từ trong ra và cần có đủ không gian giữa các vây để không khí di chuyển qua lại tạo ra sự chênh lệch nhiệt độ. Khi vây cánh tản nhiệt không đủ khoảng cách, không khí ở giữa sẽ không lưu thông và sẽ hạn chế truyền ra bên ngoài, hình thành các khối khí nóng xung quanh bộ phận tản nhiệt. Vì vậy, nhiều vây không tự động có nghĩa là làm mát tốt hơn mà các vây cần đảm bảo nhiều bề mặt, khoảng cách và cách đều nhau.
Đặc điểm của truyền nhiệt đối lưu này là phân bố bức xạ nhiệt khi có nguồn nhiệt cố định tác động vào hình thành dòng khí lan tỏa truyền dẫn đến dòng chất lỏng chuyển động được tạo nên bởi sự chênh lệnh nhiệt độ áp suất môi trường.
Khi nhiệt độ áp suất thay đổi thì theo định luật bảo toàn năng lượng về nhiệt động học thì toàn bộ nhiệt độ xung quanh bộ tản nhiệt phải được bảo toàn cân bằng, khi đó chức năng của các ống dẫn, ống dẫn lõi đồng chứa những dòng chất lỏng chuyển động, các khe hẹp lỗ thoát và khoảng trống đều giúp cân bằng nhiệt độ và đảm bảo sự truyền nhiệt đối lưu của các dòng khí nóng được dễ dàng và nhanh chóng, hiệu quả sự truyền dẫn nhiệt là cao nhất. (https://www.potech.com.vn/den-led-chieu-sang-the-thao/)
+ Truyền dẫn nhiệt đối lưu cưỡng bức
Đặc điểm của hình thức này là sự truyền và dẫn nhiệt phụ thuộc vào các yếu tố tác động ngoại lực. Với các mảng hoặc đèn LED lớn hơn nằm trong một vỏ bọc nơi không có nhiều luồng không khí, có thể xem xét gắn một số hệ thống thông gió, quạt làm mát đẩy nhanh quá trình truyền nhiệt. Điều này sẽ giúp ích vì không khí xung quanh tản nhiệt sẽ lần lượt được làm mát và cho phép truyền nhiệt tốt hơn từ bề mặt tản nhiệt ra bên ngoài. Bộ phận tản nhiệt được thiết kế có thể trang bị thêm quạt làm mát.
SỰ KẾT HỢP GIÚP TẢN NHIỆT HIỆU QUẢ NHẤT
+ Bảng mạch in lõi kim loại PCB
Các chip LED SMD được gắn trên bảng mạch in (nhôm) được truyền dẫn nhiệt hiệu quả hơn so với chip COB được gắn trên bề mặt tản nhiệt, so sánh chip LED COB và SMD ( link video) Các chip SMD khi gắn chúng trên đế nhôm, nó hoạt động như một bộ tản nhiệt và là một phần không thể thiếu của bảng mạch hỗ trợ trong tính dẫn nhiệt.
+ Chất kết dính dẫn nhiệt, keo tản nhiệt, kem tản nhiệt
Việc sử dụng vật liệu dẫn nhiệt để thực hiện gắn kết các thiết bị trong bộ đèn cũng là những cách tăng hiệu suất nhiệt tối ưu. Có nhiều chất kết dính hỗ trợ dẫn nhiệt như keo tản nhiệt, kem tản nhiệt, băng keo 2 mặt dẫn nhiệt, keo dán công nghiệp epoxy, silicon…
+ Vật liệu tản nhiệt
Mức độ dẫn nhiệt của vật liệu tản nhiệt ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu quả tản nhiệt thông qua sự dẫn nhiệt. Đồng là là vật liệu tốt nhất nhưng vì giá cả của nó cao, nhôm được sử dụng rộng rãi hơn và là phần lớn của các bộ tản nhiệt của POTECH đều là nhôm. Nhựa dẻo, vật liệu tổng hợp có thể được sử dụng cho các đèn LED nhỏ hơn với yêu cầu tản nhiệt thấp hơn. Việc sử dụng nhựa nhiệt dẻo có thể rất hữu ích vì chúng có thể được đúc theo nhiều hình dạng hơn và có trọng lượng nhẹ hơn nhiều so với kim loại.
+ Bề mặt tản nhiệt
Việc truyền nhiệt diễn ra ở bề mặt của tản nhiệt. Đó là lý do tại sao các tản nhiệt tốt nhất thường có diện tích bề mặt lớn. Việc áp dụng các công nghệ xử lý bề mặt ( anodize, sơn tĩnh điện, phun cát…) hoặc kiểm tra kỹ độ phẳng của bề mặt trước khi lắp ráp có ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu quả tản nhiệt. Tản nhiệt có nhiều cánh vây cách đều, giúp ích vì chúng cung cấp nhiều bề mặt hơn khi đó có đủ không gian giữa các vây để không khí di chuyển qua lại để tạo ra sự chênh lệch về nhiệt độ giữa vây và không khí.
+ Gắn quạt làm mát
Một số bộ phận tản nhiệt được trang bị gắn thêm quạt làm mát giúp tăng nhanh hiệu quả tản nhiệt. Áp dụng cho các bộ đèn LED được lắp đặt ở môi trường kín không có luồng không khí lưu thông gió.
CHỌN LỰA TẢN NHIỆT PHÙ HỢP
Tóm lại bộ phận tản nhiệt được xem như lá phổi của bộ đèn LED khi thiết kế cũng như khi chọn kiểu tản nhiệt tốt giúp tăng hiệu suất của bộ đèn quyết định mức độ tiêu tốn năng lượng.
Sau đây là một vài lưu ý khi lựa chọn
- Công suất đèn LED
- Vật liệu cấu tạo
- Nhiệt độ của môi trường nơi đèn LED hoạt động
- Vị trí và không gian lắp đặt
Tìm hiểu về các thiết kế, tính toán, tản nhiệt cho đèn LED. Vận dụng kiếm thức để mua đèn LED chất lượng cao.
Mr. Thang
POTECH LED R&D
