Използването на топлинно разсейващи пластмаси за охлаждане на LED кристали

Конфигуриране на среда Eclipse/GCC за разработване на програма STM32

Това е първата от статиите, описващи технологията на разработване и отстраняване на грешки на приложни програми за микроконтролери STM32 с ядро Cortex-M3 в средата Eclipse/GCC. Тестовите програми на многофункционалните модули TE-STM32F103 и TE-STM32F107 от Terraelektronika служат като примери. Статията описва инструментите на програмната среда Eclipse/GCC и инсталационния процес като предварителен етап от работата с програмите на представените модули.

Хранителна почтеност в системния дизайн

Тази статия разглежда основните принципи и концепции, използвани при изграждането на цялостни енергийни системи. Дава отговори на въпроси, които често възникват при разработването на електроразпределителни системи по отношение на представянето на електроразпределителна мрежа, определяне на импеданса на такава мрежа, в какъв обхват тя трябва да бъде разположена и какви фактори влияят върху нейната стойност. Статията също така обсъжда приноса към производителността на енергийната система, направен от токове на интегрална схема, паразитна индуктивност на корпуса и паразитен капацитет на електропроводи.

Проблеми с явна и латентна загуба на енергия в LED осветителни тела. Част 2

Преди пет или шест години на зараждащия се пазар на полупроводникови светлини малцина биха могли да си представят, че след известно време науката за пренос на топлина ще стане доминираща при създаването на осветителни тела, базирани на светодиоди с висока мощност. Термичното моделиране сега се превърна в първото и най-важно звено във веригата от въпроси, разглеждани при разработването на осветителни тела. Именно решението в областта на системите за разсейване на топлина може да отговори на въпроса какъв светлинен поток ще има разработеният продукт и колко надежден ще бъде той.

Възможно ли е да се замени алуминий с пластмаса в LED кристални охладителни системи? Възможно е, но пластмасата е необходима не обикновена, а разсейваща топлината.

Проблемът с премахването на нежеланата топлина напоследък се превърна в един от централните проблеми на разработчиците на осветителни тела с висока мощност, базирани на LED технологии. Топлината, генерирана по време на работа на кристалите, генериращи светлина, трябва постоянно да се разсейва в околното пространство. В противен случай той прегрява, което рязко намалява живота на кристала (едно от основните конкурентни предимства на LED технологиите), води до неговото термично разрушаване.

Анализът на три компонента на топлина (вж. Фиг. 1), излъчвани от светодиоден кристал (термично излъчване, конвекция, топлопроводимост) показва, че основната топлина (> 90%) се предава към металната му основа (фрагмент от корпуса на лампата) поради топлинната проводимост. Само 5% от топлината се отделя като топлинно (инфрачервено) лъчение.

Буквално точно обратното, топлината се отделя от обикновените лампи с нажежаема жичка: 90% - от радиация, 5% - от топлопроводимост (в основата).

Това означава, че разработените от десетилетия технически решения за поддържане на топлинния режим на лампите с нажежаема жичка са абсолютно неприемливи при проектирането на LED лампи.

В преобладаващото мнозинство от случаите се използват метални (обикновено алуминиеви) радиатори за отстраняване на топлината от кристала и последващо разсейване на топлината. Изглежда, че позицията на алуминия тук е непоклатима и не може да бъде ревизирана.

Напоследък обаче алуминият се появи достоен конкурент - пластмаса, но не обикновена, а разсейваща топлината. Както показва световният опит, такива пластмаси позволяват не само ефективно охлаждане на LED-кристала, но и значително намаляване на размера, теглото и разходите за производство на лампи въз основа на тях.

Припомнете си, че поради високата си молекулярна структура пластмасите провеждат топлината лошо. Топлинната проводимост λ за всички пластмаси е практически еднаква и се колебае в тесен диапазон от 0,1 ... 0,2 W/(m ∙ K). Следователно всички пластмаси принадлежат към класа на топлоизолаторите и се използват успешно в множество продукти, в които е необходимо да се поддържа топло.

В продукти, в които, напротив, е необходимо ефективно да се отстранява топлината (охлаждащи системи), не се използват пластмаси, но се използват метали, които провеждат топлината добре (желязо, алуминий, мед и др.), Чиято топлопроводимост достига няколкостотин единици (200 ... 400 W/(m ∙ K)), което е хиляди пъти повече от това на пластмасите.

Изглежда, че тази разлика веднъж завинаги елиминира възможността за пълна подмяна на металите с пластмаси в охлаждащите устройства. Правилният термофизичен анализ на охлаждащите процеси и съвременният напредък в областта на полимерните композити направиха такава възможност реална.

Охлаждащ механизъм

По-голямата част от LED кристалните устройства за охлаждане са устройства с т.нар. естествено охлаждане, при което крайният потребител на генерираната от тях топлина е околният въздух. Той тече около охладената повърхност поради силите на естествената (естествена) конвекция. Естествената конвекция се състои в непрекъснат процес на приближаване на "студените" въздушни частици (по-точно молекулите на азот, кислород, въглероден диоксид, които я съставляват) до повърхността на топлообменника и последващото им (локално) нагряване. Нагретите частици въздух имат голям специфичен обем и като балон се движат нагоре, правейки място за нови студени частици въздух. Получената топлина постепенно, поради многобройни сблъсъци, се отдава (разсейва) на съседните частици въздух. По този начин околният въздух действа като вид "термопомпа".

Физиката на процеса на разсейване на топлината е такава, че количеството топлина, погълната от въздуха, се определя от параметрите на въздуха (температура, влажност, скорост), а не от материала, от който е направена повърхността за разсейване на топлината. Строг термофизичен изчислението показва, че именно разсейването на топлината в граничните слоеве на въздуха е граничният етап на топлопреминаване в системата „генератор топлина - въздух“. Въздушният въздух просто не е в състояние да разсейва (приема) повече от 5 ... 10 W топлинна енергия от една повърхност на топлообмен. С други думи, въздушната "термопомпа" има много ограничен капацитет.