Pourquoi les lampes LED sont-elles plus grandes que les lampes traditionnelles ?
Principalement à cause de la technologie de refroidissement LED. La dissipation thermique est un facteur majeur affectant l’intensité lumineuse des lampes LED. Le dissipateur thermique peut résoudre le problème de dissipation thermique des lampes LED à faible éclairage. Un dissipateur thermique ne peut pas résoudre le problème de dissipation thermique des lampes LED de 75 W ou 100 W. Pour obtenir l'intensité lumineuse souhaitée, des techniques de refroidissement actif doivent être utilisées pour tenir compte de la chaleur dégagée par les composants du luminaire LED. Certaines solutions de refroidissement actif telles que les ventilateurs ne durent pas aussi longtemps que les luminaires LED. Afin de fournir une solution de refroidissement actif pratique pour les luminaires LED à haute luminosité, la technologie de refroidissement doit être à faible consommation d'énergie ; adapté aux petits luminaires; et ont une durée de vie similaire ou supérieure à celle de la source lumineuse.
D'une manière générale, les radiateurs peuvent être divisés en refroidissement actif et refroidissement passif selon la manière d'évacuer la chaleur du radiateur.
La dissipation thermique passive signifie que la chaleur de la source de lumière LED de la source de chaleur est naturellement dissipée dans l'air à travers le dissipateur thermique. L'effet de dissipation thermique est proportionnel à la taille du dissipateur thermique, mais comme il dissipe naturellement la chaleur, l'effet est bien sûr considérablement réduit. Il est souvent utilisé chez ceux qui n’ont pas besoin d’espace. Par exemple, certaines cartes mères populaires adoptent également un refroidissement passif sur le pont nord, et la plupart d'entre elles adoptent un refroidissement actif. Le refroidissement actif est forcé par des dispositifs de refroidissement tels que des ventilateurs. La chaleur émise par le dissipateur thermique est évacuée, ce qui se caractérise par une efficacité de dissipation thermique élevée et une petite taille de l'appareil.
Le refroidissement actif peut être divisé en refroidissement par air, refroidissement par liquide, refroidissement par caloduc, refroidissement des semi-conducteurs, refroidissement chimique, etc. La dissipation thermique refroidie par air est la méthode de dissipation thermique la plus courante, et c'est également une méthode moins chère en comparaison. Le refroidissement par air consiste essentiellement à utiliser un ventilateur pour évacuer la chaleur absorbée par le radiateur. Il présente les avantages d’un prix relativement bas et d’une installation pratique. Cependant, il est fortement dépendant de l'environnement. Par exemple, lorsque la température augmente et que l'overclocking se produit, ses performances de refroidissement seront grandement affectées.
À l'heure actuelle, la dissipation thermique des lampes LED comprend principalement les méthodes suivantes :
1. Refroidissement liquide
La dissipation thermique refroidie par liquide est la circulation forcée de liquide pour évacuer la chaleur du radiateur sous l'entraînement de la pompe. Par rapport au refroidissement par air, il présente les avantages d'un silence, d'un refroidissement stable et d'une moindre dépendance à l'égard de l'environnement. Le prix du refroidissement liquide est relativement élevé et l’installation est relativement fastidieuse. En même temps, essayez d'installer selon la méthode indiquée dans le manuel pour obtenir le meilleur effet de dissipation thermique. Pour des raisons de coût et de facilité d'utilisation, la dissipation thermique refroidie par liquide utilise généralement de l'eau comme liquide caloporteur, c'est pourquoi les radiateurs refroidis par liquide sont souvent appelés radiateurs refroidis par eau.
2. Caloduc
Un caloduc est un élément de transfert de chaleur, qui exploite pleinement le principe de conduction thermique et les propriétés de transfert de chaleur rapide du fluide réfrigérant, et transfère la chaleur par évaporation et condensation du liquide dans le tube à vide entièrement fermé. La zone de transfert de chaleur des deux côtés des côtés chaud et froid peut être modifiée arbitrairement, le transfert de chaleur sur longue distance et la température peuvent être contrôlées. avantage. Sa conductivité thermique dépasse de loin celle de n'importe quel métal connu.
3. Réfrigération des semi-conducteurs
La réfrigération à semi-conducteur consiste à utiliser une feuille de réfrigération à semi-conducteur spéciale pour générer une différence de température lorsqu'elle est alimentée pour refroidir. Tant que la chaleur du côté haute température peut être efficacement dissipée, le côté basse température est continuellement refroidi. Une différence de température est générée sur chaque particule semi-conductrice, et une feuille réfrigérante est constituée de dizaines de telles particules en série, formant ainsi une différence de température entre les deux surfaces de la feuille réfrigérante. En utilisant ce phénomène de différence de température, avec un refroidissement par air/refroidissement par eau pour refroidir l'extrémité haute température, un excellent effet de dissipation thermique peut être obtenu. La réfrigération à semi-conducteurs présente les avantages d'une faible température de réfrigération et d'une grande fiabilité. La température de la surface froide peut descendre en dessous de moins 10 °C, mais le coût est trop élevé et cela peut provoquer un court-circuit dû à une température trop basse, et la technologie actuelle de réfrigération à semi-conducteurs est immature et insuffisante. pratique.
4. Réfrigération chimique
La réfrigération dite chimique consiste à utiliser certains produits chimiques à très basse température et à les utiliser pour absorber beaucoup de chaleur lorsqu'ils fondent afin de réduire la température. L’utilisation de neige carbonique et d’azote liquide est plus courante à cet égard. Par exemple, l'utilisation de neige carbonique peut réduire la température en dessous de moins 20°C, et certains joueurs plus « pervers » utilisent de l'azote liquide pour réduire la température du processeur en dessous de moins 100°C (théoriquement), bien sûr, en raison du prix élevé et de la durée trop courte, cette méthode est plus courante en laboratoire ou chez les amateurs d'overclocking extrême.
Choix du matériau de dissipation thermique. D'une manière générale, les radiateurs refroidis par air ordinaires choisissent naturellement le métal comme matériau du radiateur. Pour le matériau sélectionné, on espère qu'il possède à la fois une chaleur spécifique élevée et une conductivité thermique élevée. L'argent et le cuivre sont les meilleurs matériaux thermiquement conducteurs, suivis par l'or et l'aluminium. Mais l’or et l’argent étant trop chers, les dissipateurs thermiques sont actuellement principalement constitués d’aluminium et de cuivre. En comparaison, les alliages de cuivre et d'aluminium ont leurs propres avantages et inconvénients : le cuivre a une bonne conductivité thermique, mais il est cher, difficile à traiter, lourd et la capacité thermique des radiateurs en cuivre est faible et facile à oxyder. . D’un autre côté, l’aluminium pur est trop mou pour être utilisé directement. Seuls des alliages d'aluminium sont utilisés pour fournir une dureté suffisante. Les avantages des alliages d'aluminium sont leur faible prix et leur légèreté, mais leur conductivité thermique est bien pire que celle du cuivre. Par conséquent, dans l’histoire du développement des radiateurs, les matériaux suivants sont également apparus :
1. Dissipateur thermique en aluminium pur
Le radiateur en aluminium pur est le radiateur le plus courant au début. Son procédé de fabrication est simple et son coût est faible. Jusqu'à présent, les radiateurs en aluminium pur occupent encore une part considérable du marché. Afin d'augmenter la zone de dissipation thermique de ses ailettes, la méthode de traitement la plus couramment utilisée pour les radiateurs en aluminium pur est la technologie d'extrusion d'aluminium, et les principaux indicateurs pour évaluer un radiateur en aluminium pur sont l'épaisseur de la base du radiateur et le rapport Pin-Fin. Pin fait référence à la hauteur des ailettes du dissipateur thermique et Fin fait référence à la distance entre deux ailettes adjacentes. Le rapport Pin-Fin est la hauteur du Pin (hors épaisseur de la base) divisée par l'Aileron. Plus le rapport Pin-Fin est grand, plus la zone de dissipation thermique efficace du radiateur est grande et plus la technologie d'extrusion d'aluminium est avancée.
2. Dissipateur thermique en cuivre pur
La conductivité thermique du cuivre est 1,69 fois supérieure à celle de l'aluminium. Toutes choses égales par conséquent, un dissipateur thermique en cuivre pur peut évacuer la chaleur de la source de chaleur plus rapidement. Cependant, la texture du cuivre pose problème. De nombreux « radiateurs en cuivre pur » annoncés ne sont pas vraiment 100 % cuivre. Dans la liste du cuivre, le cuivre avec une teneur en cuivre de plus de 99 % est appelé cuivre sans acide, et la qualité de cuivre suivante est le cuivre Dan avec une teneur en cuivre inférieure à 85 %. La plupart des dissipateurs thermiques en cuivre pur disponibles sur le marché ont actuellement une teneur en cuivre intermédiaire. La teneur en cuivre de certains radiateurs en cuivre pur de qualité inférieure n'est même pas de 85 %. Bien que le coût soit très faible, sa conductivité thermique est considérablement réduite, ce qui affecte la dissipation thermique. En outre, le cuivre présente également des inconvénients évidents, tels qu'un coût élevé, un traitement difficile et une masse trop importante du dissipateur thermique, qui entravent l'application de dissipateurs thermiques entièrement en cuivre. La dureté du cuivre rouge n'est pas aussi bonne que celle de l'alliage d'aluminium AL6063, et les performances de certains traitements mécaniques (tels que le rainurage) ne sont pas aussi bonnes que celles de l'aluminium ; le point de fusion du cuivre est beaucoup plus élevé que celui de l'aluminium, ce qui n'est pas propice à l'extrusion et à d'autres problèmes.
3. Technologie de liaison cuivre-aluminium
Après avoir examiné les défauts respectifs du cuivre et de l’aluminium, certains radiateurs haut de gamme du marché utilisent souvent des procédés de fabrication combinant cuivre-aluminium. Ces dissipateurs thermiques utilisent généralement des bases métalliques en cuivre, tandis que les ailettes du dissipateur thermique sont en alliage d'aluminium. Bien sûr, en plus de la base en cuivre, il existe également des méthodes telles que l'utilisation de piliers en cuivre pour le dissipateur thermique, qui est également le même principe. Avec une conductivité thermique élevée, la surface inférieure en cuivre peut rapidement absorber la chaleur dégagée par le processeur ; les ailettes en aluminium peuvent avoir la forme la plus favorable pour la dissipation de la chaleur au moyen de processus complexes, et fournissent un grand espace de stockage de chaleur et la libèrent rapidement. Un équilibre a été trouvé dans tous les aspects.
Pour améliorer l'efficacité lumineuse et la durée de vie des LED, résoudre le problème de la dissipation thermique des produits LED est l'une des questions les plus importantes à ce stade. Par conséquent, l’utilisation de la lithographie à la lumière jaune pour fabriquer des substrats céramiques à couches minces dissipant la chaleur deviendra l’un des catalyseurs importants pour promouvoir l’amélioration continue des LED à haute puissance.
Articles connexes
Pourquoi les luminaires LED de scène modernes sont-ils plus grands ?
Bien que les puces LED soient beaucoup plus petites que les ampoules traditionnelles, les luminaires de scène professionnels sont souvent plus grands car ils nécessitent :
Dissipateurs thermiques en aluminium plus grands pour un refroidissement passif
Pilotes de LED et alimentations puissants
Lentilles optiques et mécanismes de zoom
Ventilateurs de refroidissement pour luminaires haute puissance
Boîtiers étanches (IP65/IP66) pour une utilisation en extérieur
Alors que la puissance des LED continue d’augmenter, la gestion thermique est devenue l’un des facteurs les plus importants dans la conception de l’éclairage de scène. Un boîtier plus grand est souvent nécessaire pour garantir des performances stables, une durée de vie plus longue et une luminosité constante.
