¿Cómo disipa el calor un disipador de calor LED?

El disipador de calor de una luz LED es un "sistema de transporte de calor" meticulosamente diseñado. Su objetivo es "transportar" rápidamente el calor generado por el chip LED al aire circundante, evitando que el chip se sobrecaliente y falle.

 

 

Este proceso se basa principalmente en tres métodos físicos fundamentales de transferencia de calor: conducción térmica, convección térmica y radiación térmica. Analicemos este proceso paso a paso:

 

El proceso de disipación de calor en tres-pasos

 

Paso 1: Conducción Térmica - La "Carretera Interna"

Este es el punto de partida y fundamento de la transferencia de calor.

 

1. Fuente de calor: Cuando se encienden y emiten luz, los chips LED generan una cantidad significativa de calor. Este calor se concentra dentro del pequeño chip, formando un "punto caliente" de alta-temperatura.

 

2. Vía:

Primero se suelda el chip sobre un sustrato metálico (normalmente un sustrato de aluminio o MCPCB). La capa base del sustrato es aislante y debajo de ella se encuentra una capa conductora de aluminio. Su función principal es conducir rápidamente el calor lateralmente lejos del chip.

 

Luego, este sustrato metálico se une firmemente al cuerpo del disipador de calor mediante grasa térmica. La grasa térmica llena los espacios de aire microscópicos (el aire es un mal conductor del calor), lo que garantiza una transferencia de calor eficiente.

 

El disipador de calor en sí está fabricado con materiales con alta conductividad térmica (como aluminio o, para soluciones-de gama alta, cobre). El calor se dispersa rápidamente por toda la estructura interna del disipador de calor, incluidas todas las aletas.

 

El principio básico aquí es: a través de materiales térmicos superiores y un contacto estrecho, el calor se transforma rápidamente de una fuente "puntual" a una fuente "superficial" en todo el disipador de calor.

 

 

Paso dos: Convección térmica - "Interacción con el aire"

Esta es la etapa crítica para finalmente disipar el calor.

 

1. Aumento del área de superficie: los disipadores de calor están diseñados con estructuras con aletas, columnas o agujas-principalmente para maximizar el área de superficie expuesta al aire dentro de un volumen limitado. Una superficie más grande permite el contacto con más aire.

 

2. Flujo de aire:

Convección natural: para bombillas o accesorios LED de bajo-consumo, la convección natural es suficiente. El aire calentado alrededor del radiador se vuelve menos denso y se eleva, aspirando aire circundante más frío para reemplazarlo. Esto crea un ciclo de circulación de aire continuo y silencioso que disipa el calor de manera constante. El "calor" que sientes con la mano es este aire caliente.

 

Convección forzada: para LED de alta-potencia, como proyectores, faros de automóviles o luces de escenario, la convección natural es insuficiente. Se agregan pequeños ventiladores al disipador de calor, que utilizan un flujo de aire forzado para acelerar drásticamente la disipación de calor. Esto es similar a agregar un ventilador a la CPU de una computadora.

El principio básico aquí es: transferir eficientemente el calor desde el disipador de calor metálico al aire en movimiento a través de una gran superficie y flujo de aire.

 

Paso tres: Radiación térmica - El "ayudante invisible"

Cualquier objeto con temperatura emite energía hacia el exterior en forma de ondas electromagnéticas.

A medida que el disipador de calor se calienta, también irradia energía infrarroja hacia afuera, disipando una parte de su calor.

En la gestión térmica de los LED, la radiación térmica contribuye relativamente poco (especialmente a bajas temperaturas), pero existe. Pintar la superficie del disipador de calor de negro u colores oscuros mejora el enfriamiento radiativo porque las superficies más oscuras tienen una mayor emisividad. Sin embargo, por razones estéticas y de resistencia a la suciedad-, la mayoría de los disipadores de calor comerciales siguen siendo de color blanco plateado-.

 

 

 

 

Resumen: una metáfora vívida

Imagine todo el sistema de refrigeración como un puerto bullicioso:

El chip LED es una "fábrica" ​​que produce continuamente "carga de calor".

La grasa térmica y el sustrato metálico son las "autopistas de carga de alta-velocidad" que conectan la fábrica con las carreteras principales.

El cuerpo del disipador de calor es la gran zona de almacenamiento y los muelles del puerto.

Las aletas disipadoras de calor son filas de atracaderos en los muelles, lo que aumenta significativamente la capacidad de carga y descarga simultánea.

El aire son los buques de carga que transportan mercancías.

La convección natural depende del transporte natural a través de corrientes de agua y viento.

La convección forzada-por ventilador despliega remolcadores y motores para acelerar la carga/descarga y el transporte.

 

Si el puerto (sistema de refrigeración) está bien-diseñado, los bienes (calor) se transportan rápidamente, lo que permite que la fábrica (chip LED) funcione a plena capacidad las 24 horas del día, los 7 días de la semana (emite luz). Si el puerto se congestiona, los atracaderos son insuficientes (pequeña área de disipación de calor) o no hay buques de carga disponibles (escaso flujo de aire), las mercancías se acumularán y eventualmente provocarán el cierre de la fábrica (falla o deterioro de la luz LED).

 

Por lo tanto, un excelente diseño de disipador de calor LED logra el equilibrio óptimo entre tres elementos: material (alta conductividad térmica), estructura (gran superficie) y ventilación (que promueve la convección).

 

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