Терморегулирование светодиодных светильников

 

Технологии терморегулирования для систем светодиодного освещения

Управление температурой имеет важное значение для светодиодных светильников, поскольку высокая температура отрицательно влияет на производительность и надежность светодиодов. Целью управления температурой является создание эффективного теплового тракта между светодиодами и теплоотводом при максимизации конвективной теплопередачи теплоотвода.

---

Полезные статьи:

Что такое радиатор, виды и устройство

Электронные компоненты что это?

Все статьи

 

Высокая температура является наиболее важным ускорителем сбоев в системах светодиодного освещения. Исторически управление температурой не было конструктивным фактором для ламп накаливания, флуоресцентных или металлогалогенных ламп. Отработанная энергия, образующаяся в этих лампах, рассеивается в виде инфракрасной энергии в луче света и в виде тепла, которое не требует дополнительного управления. 

Светодиоды не излучают тепловую ИК-энергию в своем световом спектре, но вся избыточная энергия, полученная в результате электрооптического преобразования и преобразования длины волны, преобразуется в нерадиационную тепловую энергию, которая остается в полупроводниковых диодах. Следовательно, рассеивание тепловой энергии на уровне устройства становится неотъемлемой частью конструкции светодиодной системы.

Последствия самонагревания светодиодного светильника

Когда светодиод производит оптическое излучение, он также нагревается сам. Несмотря на высокую светоотдачу светодиодов по сравнению с их предшественниками, светодиодная технология по-прежнему сталкивается с проблемами эффективности. Самые высокоэффективные светодиоды, которые имеются в продаже, преобразуют только около 50-60% электроэнергии в свет, остальное выделяется в виде тепла, которое должно отводиться от полупроводниковых устройств. Накопление избыточного тепла внутри устройства ускорит процесс деградации, повлияет на оптические характеристики и приведет к сбоям в работе системы.

Термическое падение

Эксплуатация светодиода выше максимально допустимой температуры перехода приведет к увеличению делокализации носителей и безызлучательной рекомбинации. Тоже в светодиоде приводит к зависящему от температуры снижению внешней квантовой эффективности, известному как тепловой спад. Тепловое падение в светодиодах InGaN может привести к потере до 25% оптической мощности, а в светодиодах AlGaInP светоотдача может упасть на 70%.

Обесценивание люмена

Хотя тепловое падение является кратковременным (обратимым) эффектом, непрерывная работа при повышенной температуре может значительно ускорить снижение освещенности, что представляет собой необратимое постепенное снижение светоотдачи с течением времени. При каждом повышении температуры соединения на 10 °C срок службы светодиода (определяемый как поддержание яркости на 70%) сокращается на 30-50%.

Изменение цвета

Рабочая температура светодиода обратно пропорциональна запрещенной зоне полупроводника, которая представляет собой разницу в энергии между зоной проводимости отрицательной области и валентной зоной положительной области. В дополнение к внешнему взаимодействию с люминофорами и герметиками, частота света (длина волны), производимого светодиодом, определяется этой энергией запрещенной зоны. В общем, при каждом повышении температуры перехода светодиода на 10 ° C доминирующая длина волны света увеличивается на один нанометр. Соответственно, когда светодиод испытывает значительное повышение своей рабочей температуры, происходит заметный сдвиг цвета в сторону более высокого конца спектра.

Деградация упаковочного материала

Эксплуатация вне номинальных условий может привести к термическому разложению материалов, используемых в корпусах светодиодов, таких как люминофоры, герметизирующие вещества и пластиковые линзы. Следствием этого является постоянное изменение цветности или спектральное изменение из-за карбонизации или обесцвечивания полимерного материала.

Неисправность светодиода

Резкое изменение коэффициента теплового расширения (CTE) приведет к расширению и сжатию эпоксидного герметика светодиодного корпуса. Из-за преждевременного износа и обрыва соединительной проволоки в корпусе светодиода может произойти катастрофический сбой.

Неисправность цепи

Термически индуцированные напряжения могут вызвать высокий CTE на уровне межсоединений и, таким образом, могут поставить под угрозу надежность паяного соединения. Поврежденное или неисправное паяное соединение может привести к разомкнутой электрической цепи, что приведет к полному выходу светодиода из строя.

Сбой драйвера. В совместно расположенных системах тепловая нагрузка от светодиодного модуля может высушить жидкий электролит в электролитическом конденсаторе. Электролитические конденсаторы часто используются в схемах драйверов в качестве элемента накопления энергии для поглощения скачков напряжения и уменьшения пульсаций. Нагрев конденсатора ускорит уменьшение емкости и, таким образом, приведет к неисправности драйвера.

Тепловыделение в системах светодиодного освещения

Везде, где происходит преобразование энергии, происходит и потеря энергии. Светодиоды - это низковольтные устройства, управляемые током, которые работают с прямым смещением. Переменный ток, вырабатываемый электросетью, сначала должен быть преобразован в постоянный ток, который затем преобразуется в постоянный ток, прежде чем использовать его для управления светодиодами. 

Когда на диод подается прямое напряжение, через p-n-переход пропускается электрический ток, электроны, текущие от отрицательного к положительному, рекомбинируют с дырками и выделяют свет. Этот эффект называется электролюминесценцией. Последующая фотолюминесценция может иметь место для уменьшения преобразования части короткой длины волны. Преобразованная с понижением длина волны смешивается с неконвертированной короткой длиной волны для получения желаемого белого света. 

Таким образом, полный процесс излучения света для светодиодной системы освещения состоит из преобразования мощности переменного тока в постоянный, электрооптического преобразования энергии и преобразования длины волны. Потеря энергии происходит на каждой стадии, и, как упоминалось ранее, практически вся энергия, которая тратится впустую на этих стадиях, преобразуется в тепло.

Нагрев на уровне матрицы

Тепло на уровне матрицы генерируется главным образом в результате потерь эффективности инжекции, потерь внутренней квантовой эффективности (IQE) и потерь на извлечение фотонов, возникающих в полупроводниковой матрице. Эффективность инжекции - это доля электронов, которые проходят через переход и образуют электронно-дырочные пары в активной полупроводниковой области. 

Рекомбинация инжектированных электронов и дырок также происходит без излучения, IQE - это отношение излучающих фотонов к электронно-дырочным парам, инжектированным в активную полупроводниковую область. Неполное извлечение фотонов из полупроводникового материала приводит к выделению тепла в матрице. В светодиодах безызлучательная рекомбинация Оже увеличивается при увеличении плотности тока инжекции. Снижение эффективности, возникающее в результате работы с высоким током привода, также приводит к увеличению нагрева на уровне матрицы.

Нагрев на уровне люминофора

В системах общего освещения белый свет почти исключительно вырабатывается светодиодами, преобразованными в люминофор. Эти светодиоды состоят из светодиодного чипа InGaN, покрытого органическим полимером, содержащим желтый люминофор YAG: Ce. Люминофор накачивается источником с синей длиной волны и преобразует некоторую часть коротковолнового света (синего) в свет с более длинными волнами (желтый), тем самым расширяя спектр излучения и превращая смесь синего и желтого света в белый свет. 

Этот процесс преобразования длины волны производит значительное количество тепла из-за потерь Стокса. В зависимости от коррелированной цветовой температуры (CCT) светодиода примерно от 15% до 40% мощности излучения, поглощаемой слоем люминофора, преобразуется в тепло. Люминофоры обычно состоят из полимеров, которые действуют как связующее вещество для удержания люминофора на месте. 

К сожалению, полимерная смола обладает очень низкой теплопроводностью. Следовательно, слой люминофора имеет самую высокую температуру в корпусах светодиодов, преобразованных в люминофор, и термическое тушение является неизбежным эффектом для слоя люминофора.

Нагрев на уровне контура

Эффективность светодиодного драйвера играет важную роль в определении тепловых напряжений совместно расположенных систем, где драйвер установлен относительно близко к светодиодам. Источники питания с переключаемым режимом обычно имеют эффективность преобразования около 90% и выделяют умеренное количество тепла. Проблема возникает из-за все более широкого использования недорогих, низкоэффективных и низкокачественных линейных источников питания. 

Для всех линейных источников питания требуется напряжение питания, по крайней мере, на некоторую минимальную величину превышающее желаемое выходное напряжение. Минимальное напряжение, необходимое на линейном регуляторе для поддержания регулирования, называется напряжением отключения. В этом режиме работы выпадающее напряжение просто выбрасывает тепло. 

Линейные источники питания имеют высокое напряжение отключения, которое обычно составляет 15-30% от напряжения питания. Это означает, что до 30% энергии тратится впустую и рассеивается в виде тепла. Поскольку существует тенденция к дизайну светильников с встроенным драйвером (DOB), в которых используются линейные источники питания, светодиоды, установленные на одной печатной плате (PCB) со схемой драйвера, подвергаются тепловому напряжению выше, чем когда-либо.

Тепловое проектирование светильника

Терморегулирование для систем светодиодного освещения направлено на поддержание температуры соединения светодиодов и рабочей температуры других компонентов системы ниже установленного предела. Помимо снижения производительности, преждевременных отказов и необратимых повреждений, температура на стыке между положительным и отрицательным слоями полупроводникового диода является единственным наиболее важным фактором в установлении спектральных и электрических характеристик светодиода.

Эффективный отвод

Отвод тепла от полупроводникового перехода в окружающую среду помогает достичь желаемых оптических характеристик, максимизировать энергоэффективность и увеличить срок службы светодиодов и других компонентов системы. На температуру соединения светодиода в первую очередь влияют три параметра: ток возбуждения, тепловой путь и температура окружающей среды. Поскольку условия окружающей среды являются скорее проектным требованием, чем настраиваемым элементом, усилия по тепловому проектированию естественным образом направляются на создание эффективного теплового тракта и оптимизацию электрических характеристик.

Выбор тока привода

Имеет неотъемлемое противоречие. До тех пор, пока не сработает механизм снижения высокой эффективности по току, светодиоды могут работать сильнее, чтобы увеличить светоотдачу. Когда светодиодная матрица питается от тока возбуждения, превышающего номинальный, увеличивается выходная мощность, но это обычно связано с очень высокой плотностью теплового потока. Следовательно, ток возбуждения должен соответствовать температурным ограничениям системы освещения или должна быть предусмотрена дополнительная тепловая мощность для компенсации повышенного тепловыделения.

Конструкция

Способность светодиодной системы рассеивать тепло в конечном итоге зависит от конструкции теплового тракта от матрицы к окружающей среде. Размеры теплового тракта должны соответствовать приложенной нагрузке. Тепловое сопротивление всех элементов, составляющих тепловой тракт, должно быть как можно ниже, чтобы обеспечить эффективную передачу отработанного тепла в окружающий воздух без избыточного накопления тепла внутри светодиода.

Тепловая энергия может передаваться только от более теплого материала к более холодному материалу. В дополнение к конструкции теплового тракта, количество тепла, которое может быть удалено из светодиодного соединения, также зависит от температуры окружающей среды. Эксплуатация светодиодных светильников в металлургических и сталелитейных цехах, котельных, на заводах по обжигу кирпича и керамики, на предприятиях по производству стекла, на заводах по производству резиновых изделий, на коммерческих кухнях и в других помещениях с высокой температурой воздуха или источниками теплового излучения может быть очень сложной задачей. В таких случаях тепловая конструкция должна учитывать термостойкость критически важных компонентов системы. 

Подложка свтодиодного корпуса

Должна быть достаточно теплопроводной, чтобы отводить тепло от светодиодной матрицы. Термическая стабильность люминофорной оболочки также очень важна. Для эффективного рассеивания тепла Стокса, выделяемого в люминофоре, требуется не только превосходная стойкость к термической закалке, но и высокая температуропроводность. Реальные тепловые характеристики светодиодного драйвера в равной степени важны для управления температурой светодиодных светильников. Электролитические конденсаторы, чувствительные к высоким температурам, следует заменить магнитами с воздушным сердечником, керамическими конденсаторами или другими термостойкими компонентами, чтобы выдерживать высокие температуры окружающей среды.

Механизмы теплопередачи в светильнике

Существует три механизма передачи тепла между элементами при разных температурах:

1. Проводимость
2. Конвекция
3. Излучение.

Теплопроводность

Это передача энергии из области с более высокой температурой в область с более низкой температурой через твердый материал при непосредственном контакте. Потенциал теплопроводности материалов, который выражается в виде теплопроводности, зависит от тепловых характеристик материала и его геометрии. Следовательно, теплопроводность теплового тракта может быть улучшена путем максимизации теплопроводности материала и эффективной площади поверхности теплового тракта. Металлы являются лучшими теплопроводниками с проводимостью в диапазоне от 100 до 400 Вт/мК. Следует избегать воздушных зазоров вдоль пути теплопередачи, поскольку воздух является очень плохим проводником тепла (около 0,025 Вт / мК). Теплопроводность является наиболее важным механизмом теплопередачи в системе светодиодного освещения, в которой твердые компоненты сконструированы в механическом контакте.

Тепловая конвекция

Это передача тепла посредством физического перемещения молекул от границы твердого вещества к жидкости, которая может быть жидкостью, но чаще всего является воздухом. Величина конвективной теплопередачи зависит от эффективной площади поверхности и подвижности воздуха или жидкости. Тепловая конвекция, возникающая в результате гравитационного потока жидкости, называется естественной конвекцией. Тепловая конвекция, которая обеспечивается внешними средствами, такими как вентиляторы или воздуходувки, известна как принудительная конвекция. 

Коэффициент теплопередачи используется для количественной характеристики теплового потока через границу раздела жидкость / твердое тело. Коэффициент теплопередачи естественной конвекции обычно находится в диапазоне 5-20 Вт/м2 К. При принудительной конвекции коэффициенты теплопередачи могут достигать 100 Вт/м2 К для воздуха и до 20 000 Вт/м2 К для жидкостей. В светодиодных системах конвекция является основным способом теплопередачи для передачи тепла от радиатора к окружающему воздуху.

Тепловое излучение

Относится к теплопередаче посредством электромагнитных волн, в отличие от использования несущей среды в проводящих и конвективных методах. Радиационная теплопередача очень сильно зависит от излучательной способности и температуры материала поверхности. Излучательная способность материала, которая относится к способности его поверхности излучать энергию посредством излучения, определяется физическими свойствами и геометрическими характеристиками материала поверхности. 

Неметаллические и непрозрачные материалы обычно обладают более высокой излучательной способностью, чем металлические поверхности. Окрашенная или анодированная поверхность будет обладать большей излучательной способностью, чем блестящая, неокрашенная. Чем выше температура поверхности и больше площадь поверхности корпуса светильника, тем больше тепла будет выделяться в виде ИК-излучения. Однако радиационная теплопередача не станет заметной до тех пор, пока температура поверхности не поднимется выше температуры 100 °C. В системах светодиодного освещения излучение очень мало влияет на теплопередачу системы, поскольку температура поверхности относительно низкая, а большинство светодиодных светильников имеют небольшую площадь поверхности.

Терморегулирование на уровне упаковки

Управление температурой на уровне упаковки регулирует тепловое сопротивление соединения с подложкой и тепловые характеристики паяного соединения. Тепло, выделяющееся на полупроводниковом переходе, должно отводиться через нижнюю часть матрицы светодиода, свинцовую рамку или керамическую подложку к паяному соединению. Наиболее эффективным механизмом теплопередачи на этом уровне является теплопроводность.

Соединение с подложкой

Тепловое сопротивление соединения с подложкой возникает из-за соединения между светодиодной матрицей и подложкой для монтажа. Светодиодные корпуса средней мощности, в которых матрица установлена на металлической свинцовой раме с серебряным покрытием, имеют менее прочную конструкцию, чем мощные светодиоды на керамической подложке. 

Основным процессом соединения положительных и отрицательных электродов полупроводниковых микросхем с выводной рамкой или электродами подложки-носителя является процесс ультразвуковой сварки, называемый склеиванием проволокой. Золото является наиболее широко используемым металлом, используемым в полупроводниковых упаковках, из-за его стойкости к поверхностной коррозии, высокой прочности сцепления и хорошей электрической и теплопроводности. 

Однако проводное соединение ограничивает плотность мощности светодиодов. Пакеты накипи для микросхем исключают склеивание проводов и устраняют необходимость в креплении матрицы к подложке, что позволяет им достигать значительно более низкого теплового сопротивления, чем у обычных светодиодов.

Паяные соединения

Значительное количество тепла, выделяемого вокруг соединения светодиодов, должно быть передано в систему освещения. Таким образом, надежность и тепловые характеристики паяного соединения между корпусом светодиодов и печатной платой становятся очень важными. Надежность паяного соединения зависит не только от состава паяльной пасты и геометрии паяного соединения, но и от многих металлургических и технологических параметров, таких как:

• температура плавления,
• поверхностное натяжение,
• время активации и испарения флюса,
• скорость нарастания,
• температуры предварительного нагрева и пиковые температуры,
• время выдержки и выдержки и скорость охлаждения. 

Температурный профиль процесса оплавления играет решающую роль в характере смачивания, химическом составе поверхности раздела и металлургической микроструктуре паяного соединения. В приложениях с высокой плотностью мощности термически вызванные напряжения из-за несоответствия CTE могут привести к термомеханическим отказам. Поэтому следует серьезно учитывать разницу в коэффициентах теплового расширения между корпусом светодиода и материалом печатной платы.

Управление температурой на системном уровне

Управление температурой на системном уровне обеспечивает передачу тепла от печатной платы через радиатор к окружающей среде. Тепловой дизайн на этом уровне вращается вокруг обеспечения адекватного пути для конвекции за счет повышения теплопроводности всех компонентов вдоль теплового пути и увеличения коэффициента теплопередачи радиатора. Компоненты управления температурой, которые формируют этот путь теплового потока, включают печатную плату, материал термоинтерфейса и теплоотвод.

Печатные платы

Обычно светодиоды монтируются на печатной плате, к которой тепло, отводимое из нижней части светодиодных корпусов, передается через паяное соединение. Обычные печатные платы изготавливаются из листов FR4 (эпоксидного ламината, армированного стекловолокном), которые обладают превосходными электроизоляционными свойствами, но имеют очень низкую теплопроводность (0,4-1 Вт / мК). 

Многие печатные платы спроектированы с тепловыми отверстиями, которые могут быть открытыми, заглушенными, заполненными или заполненными и закрытыми сквозными отверстиями для снижения теплового сопротивления. Однако печатные платы FR4 не могут отводить чрезмерное тепло, когда светодиоды высокой яркости плотно упакованы в небольшой форм-фактор, а температура соединения обычно составляет около 100 °C. 

Тепло, которое поступает на печатную плату, не распространяется в направлении внутри плоскости. Соответственно происходит накопление тепла с образованием локальных горячих точек. Таким образом, низкая эффективность теплопроводности печатных плат привела к преобладающему использованию их с металлическим сердечником в светодиодных системах.

Сердечники изготавливаются из металлического листа (обычно алюминиевого, иногда медного), покрытого слоем диэлектрика, который затем покрывается слоем меди. Алюминиевый базовый лист выполняет функцию теплораспределителя. Верхний медный слой действует как слой схемы, созданный в соответствии с требованиями к межсоединению светодиодов. 

Поскольку медь и алюминий обладают высокой теплопроводностью, то, что отличает их от других марок - это конструкция диэлектрического слоя. Диэлектрический слой, расположенный между слоями меди и алюминия, обеспечивает электрическую изоляцию, связывает металлические слои и обеспечивает теплопередачу. Материал требует, чтобы его диэлектрический слой обладал высокой теплопроводностью, электрической прочностью на пробой и прочностью сцепления с медью и пластиной из основного металла. В большинстве случаев диэлектриком является полимерная матрица, которая часто содержит диэлектрический материал второй фазы, такой как керамические частицы, с целью увеличения теплопроводности. Теплопроводность диэлектрического слоя может быть в 16 раз выше, чем у обычного диэлектрика.

Материалы для термоинтерфейса

Материалы для термоинтерфейса (TIM) используются для заполнения межфазных воздушных зазоров и пустот между радиатором и печатной платой. Воздушные зазоры и пустоты являются очень плохими проводниками, которые могут снизить эффективность теплового тракта. TIMs заменяют захваченный воздух материалом с гораздо более высокой теплопроводностью, тем самым снижая сопротивление тепловому контакту. 

Различные материалы термоинтерфейса могут быть использованы для термического соединения термоинтерфейсов. Также могут представлять собой термические смазки, термоклеи и эпоксидные смолы, материалы с фазовым переходом, теплопроводящие прокладки / пленки, термоклеящиеся ленты, металлические пленки и фольги, или на основе углерода. 

Термические смазки с диапазоном теплопроводности 1-5 Вт / мК изготавливаются из матрицы на основе силикона, наполненной проводящими наполнителями, такими как оксид алюминия, оксид цинка или нитрид бора. Этот тип TIM обладает хорошими характеристиками смачивания поверхности (низкое контактное сопротивление на границах раздела) и легко течет, заполняя пустоты на границах раздела.

Сочетают в себе смачивающие свойства смазки с удобством обращения и легкого нанесения прокладок. Однако они имеют более низкую теплопроводность, чем смазки (0,1-3 Вт/мК). TIMs на основе углерода, например, изготовленные с использованием графена и графита в качестве наполнителя в полимерной матрице, обеспечивают беспрецедентную теплопроводность (3-10 Вт / мК).

Радиаторы светодиодного светильника

Это устройство с высокой теплопроводностью, спроектированное с максимальной площадью поверхности для обеспечения эффективного отвода тепла. Теплоотвод является последней и наиболее важной частью теплового тракта системы. Он стремится отводить тепло от светодиодного модуля, чтобы поддерживать температуру соединения светодиодов в безопасных рабочих пределах. 

Тепло отводится из светодиодного соединения путем отвода в радиатор. Конвекция является основным способом теплопередачи для отвода тепла от радиатора в окружающий воздух. Следовательно, для обеспечения высокой объемной теплопроводности светодиодный радиатор обычно изготавливают из алюминия (90-240 Вт/мК), меди (400 Вт/мК), керамики (100-200 Вт/мК) и материалов, обладающих высокой теплопроводностью. Геометрия радиатора разработана с целью максимизации эффективной площади поверхности, вокруг которой циркулирует воздух, при одновременном облегчении потока окружающего воздуха благодаря эффективной аэродинамической конструкции.

Алюминий обладает значительными преимуществами в качестве теплопоглощающего материала благодаря своей высокой стабильности размеров, отличной теплопроводности, хорошей коррозионной стойкости, превосходным характеристикам отделки и возможности полной переработки. Al высокой чистоты имеет теплопроводность при комнатной температуре до 210 Вт/мК. Часто состоит из различных элементов, включая кремний, железо, марганец, магний, никель, цинк, титан или другие, для улучшения определенных свойств или поддержки конкретных производственных процессов.

Выбор теплопроводящих материалов очень важен, но даже при использовании одного и того же материала различные производственные процессы могут привести к различным тепловым характеристикам радиатора. При выборе материала необходимо учитывать производственные процессы, которые определяют молекулярную плотность для теплопроводности и структурную целостность радиатора. Существует много способов изготовления радиатора. Наиболее часто используемыми производственными процессами являются литье под давлением, ковка и экструзия. Другие процессы включают механическую обработку, штамповку, склеивание, фальцевание и зачистку.

Литье под давлением

Осуществляется путем впрыска расплавленного металла под высоким давлением в многоразовые металлические матрицы или формы. В светотехнической промышлености литые под давлением радиаторы широко используются в уличных фонарях, взрывозащищенных светильниках, прожекторах, и других LED светильниках, для которых требуется экономичное, термически эффективное и геометрически адаптируемое решение для отвода тепла. 

Литье под давлением производится на основе алюминиевых сплавов, например, сплавов на основе цинка (Zi) или кремния (Si). Теплопроводность варьируется в зависимости от состава алюминиевых сплавов. ADC12, сплав на основе кремния, имеет теплопроводность 96 Вт/мк. Сплавы на основе Zi (например, Zamak 3) имеют теплопроводность в диапазоне 105-113 Вт/мК.

Кованые радиаторы

Изготавливаются путем штамповки сырья в формовочной матрице. Хотя горячая ковка по своей сути проще, холодная ковка, при которой не образуются пузырьки воздуха и не задерживаются примеси в материале, предпочтительнее при производстве радиаторов. Компоненты с холодной ковкой обладают более высокой теплопроводностью и структурной стабильностью, чем детали, отлитые под давлением, хотя сложная геометрия просто невозможна при использовании холодной ковки. 

Радиатор холодной ковки из алюминиевых сплавов серии 1000 имеет теплопроводность от 220 Вт/мк до 240 Вт/мк. Диапазон холодной ковки 606x (например Алюминиевые сплавы AL6063) имеют типичную теплопроводность 200 Вт/мк. Теплопроводность линейки холодной ковки 7xxx варьируется в пределах 115-222 Вт/мк.

Экструдированные радиаторы

Изготавливаются путем проталкивания или вытягивания материала через матрицу, которая имеет форму, придающую экструзии определенную форму. Этот процесс создает продукт с большей плотностью для алюминиевых профилей и обеспечивает значительно более высокую теплопроводность, чем радиаторы из литого под давлением алюминия. 

Алюминиевые профили обеспечивают теплопроводность в диапазоне 200-215 Вт/мК. Хотя можно создавать очень сложные поперечные сечения, экструзия - это всего лишь 2D-процесс, неспособный создавать радиаторы с высокой плотностью ребер и 3D-геометрией. В алюминиевых экструзиях могут использоваться только сплавы 6xxx (например 6063) и подходят только для охлаждения линейных светодиодных модулей.

Теплоотвод с большей площадью поверхности часто достигается за счет добавления множества ребер. Различные формы и плотности ребер могут быть сконструированы таким образом, чтобы обеспечить конвективную рассеивающую способность и направлять поток воздуха по мере необходимости, а также ограничивать радиатор заданной площадью.

Хотя радиатор также рассеивает тепло за счет теплового излучения, он излучает мало тепла в светодиодных приложениях, поскольку для распространения электромагнитных волн требуется довольно высокая температура поверхности. Радиаторы часто покрываются порошковым или анодированным покрытием для повышения коррозионной стойкости и снижения теплового сопротивления. Одновременным преимуществом обработки поверхности является то, что она также обеспечивает большую излучательную способность.

Активное охлаждение

В большинстве решений для терморегулирования тепло отводится с помощью свободного потока воздуха, который циркулирует в естественной среде, без использования дополнительной энергии для улучшения теплопередачи. При правильной конструкции радиатора пассивное управление температурой за счет естественной конвекции может быть очень эффективным. 

Однако пассивные радиаторы сами по себе не могут эффективно управлять температурой, когда они используются в системах освещения с более высокой плотностью мощности или в приложениях, где поток воздуха недостаточен и, соответственно, коэффициент теплопередачи. Таким образом, следует рассмотреть возможность активного управления температурой. Активные системы охлаждения полагаются на внешний механизм для приведения жидкости (воздуха или жидкости) в движение и увеличения коэффициента теплопередачи.

Решения для активного охлаждения могут быть реализованы с использованием вентиляторных стоков, тепловых труб, жидкостного охлаждения, устройств Пельтье или синтетического струйного охлаждения. В системах принудительной конвекции с приводом от вентилятора электрический вентилятор нагнетает достаточное количество воздуха вдоль поверхности радиатора. 

Вентилятор обычно использует технологию магнитной левитации для устранения шума, который в противном случае мог бы возникнуть в вентиляторах, использующих подшипник. Тепловая труба, которая может использоваться отдельно или в сочетании с теплоотводом, использует теплопроводность и фазовый переход между испарением и конденсацией для передачи тепла между двумя поверхностями раздела. 

Системы светодиодного освещения редко полагаются на дорогостоящие системы жидкостного охлаждения, которые рассеивают тепло посредством конвекции или циркуляции жидкости. Охлаждающие устройства Пельтье редко используются для охлаждения светодиодов, поскольку они потребляют чрезмерное количество энергии. Синтетическая струя использует электромагнитный привод, который может создавать быстрые импульсы турбулентного воздуха. Эта технология обладает возможностями охлаждения, сравнимыми с вентилятором, но при этом обеспечивает лучшую надежность и производит меньше шума.