LED照明器具の放熱問題：5種類のヒートシンクの比較分析

現在、LED 照明器具の最大の技術的難点の 1 つは放熱の問題であり、放熱不良により LED ドライバーの電源が落ち、電解コンデンサが LED 照明器具のさらなる発展の弱点となり、LED 光源が早期に故障することになります。

熱を素早く放出するだけで、LED ランプやランタン内のキャビティ温度を下げることができ、電源が耐久性のある高温環境にならないように維持できるため、LED 光源が長時間高温で動作して早期に故障するのを防ぐことができます。

LED光源自体には赤外線、紫外線がないため、LED光源自体には放射冷却機能がありません。そのため、LED照明器具の放熱経路は、LEDランプビーズプレートヒートシンクの密接な組み合わせを介してのみ熱を放出できます。ヒートシンクには、熱伝導、熱対流、熱放射が必要です。

どのヒートシンクも、熱源からヒートシンクの外部に熱を素早く伝導できることに加え、対流と放射によって空気中に熱を放出することが主な役割です。熱伝導は熱の伝達方法のみを扱い、熱対流はヒートシンクの主な機能です。放熱機能は主に放熱面積、形状、自然対流の強さの能力によって影響を受け、放熱は補助的な役割にすぎません。一般的に言えば、熱源からヒートシンクの外部までの熱の間隔が5ミリメートル未満の場合、材料の熱伝導率が5より大きい場合にのみ熱を放出でき、その他の放熱は熱対流によって支配される必要があります。

ほとんどの LED 照明源は、依然として低電圧 (VF=3.2V)、高電流 (IF=200-700mA) の LED ランプビーズを使用しています。動作時に高熱が発生するため、熱伝導率の高いアルミニウム合金を使用する必要があります。一般的に、ダイカストアルミニウムヒートシンク、押し出しアルミニウムヒートシンク、スタンプアルミニウムヒートシンクがあります。ダイカストアルミニウムヒートシンクは、圧力鋳造部品技術の一種であり、液体亜鉛銅アルミニウム合金をダイカストマシンの注入口に注ぎ、ダイカストマシンでダイカストし、事前に計画された金型で限られた形状のヒートシンクを鋳造します。

以下は 5 種類のヒートシンクの比較分析です。

ダイカストアルミヒートシンク
生産コストを抑えるには、ヒートシンクの翼を薄くすることができず、放熱面積を最大化することが困難です。LED ランプやランタンのヒートシンクには、ADC10 や ADC12 などのダイカスト材料がよく使用されます。

 

押し出しアルミヒートシンク
液体アルミニウムを固定ダイで押し出し、その後バーを機械加工してヒートシンクの必要な形状に切断するため、後処理コストが高くなります。押し出されたアルミニウムヒートシンクを図3に示します。ヒートシンクの翼ははるかに薄くすることができ、放熱面積が最大化され、ヒートシンクの翼は作業時に自動的に空気対流による熱の拡散を構成し、放熱効果がより高くなります。よく使用される材料はAL6061とAL6063です。

 

打ち抜きアルミヒートシンク
スタンピングアルミヒートシンクは、鋼鉄のプレスと金型を通して、アルミ合金板をスタンピングし、引き上げてカップとチューブ型のヒートシンクにします。スタンピング成形されたヒートシンクの表面は、翼がなく放熱面積が限られているため、周囲が滑らかになります。一般的に使用されるアルミ合金材料は5052、6061、6063です。スタンピング部品の品質は非常に小さく、材料利用率が高く、低コストの方法です。

 

アルミ合金ヒートシンクの熱伝導率はより良好で、バリアスイッチング定電流電源に適しています。ノンブロッキングスイッチング定電流電源に関しては、ランプやランタンの構造設計を通じて、交流と直流、高電圧と低電圧の電源をうまく遮断して、CEまたはULの認証を取得する必要があります。

プラスチックコーティングされたアルミニウムヒートシンク
プラスチックコーティングされたアルミヒートシンクは、熱伝導性プラスチックシェルとアルミコアを備えたヒートシンクの一種です。熱可塑性プラスチックとアルミヒートシンクコアは射出成形機で成形され、アルミヒートシンクコアは部品を埋め込むため、事前に加工する必要があります。LEDランプの熱ビーズはアルミヒートシンクコアを介して熱可塑性プラスチックに急速に伝導し、熱可塑性プラスチックはその多翼構成の空気対流熱放散を利用して、その表面を利用して一部の熱を放射します。

 

プラスチッククラッドアルミヒートシンクは、一般的に熱可塑性プラスチックの元の色である白と黒を使用します。黒色のプラスチックの方がプラスチッククラッドアルミヒートシンクの放射放熱効果が少し優れています。熱伝導性プラスチックは熱可塑性材料であり、材料の流動性、密度、抵抗、強度は射出成形しやすく、耐寒性と熱衝撃サイクル特性が良好で、断熱機能が優れています。熱伝導性プラスチックの放射係数は、通常の金属材料よりも優れています。熱伝導性プラスチックの密度は、ダイカストアルミやセラミックよりも40％小さく、同じ形状のヒートシンクよりも40％小さく、プラスチックコーティングされたアルミは重量を約3分の1にカットできます。オールアルミヒートシンクと比較して、処理コストが低く、処理サイクルが短く、処理温度が低く、製品が壊れにくく、顧客所有の射出成形機でランプやランタンのデザインと形状の生産を差別化できます。プラスチッククラッドアルミヒートシンクの断熱機能は良好で、安全規制に合格しやすいです。

高熱伝導性プラスチックヒートシンク
高熱伝導性プラスチックヒートシンクは最近急速に発展しており、高熱伝導性プラスチックヒートシンクは一種の全プラスチックヒートシンクであり、その熱伝導率は一般的なプラスチックの数十倍、最大2-9w/mkに達し、優れた熱伝導性と放熱性を備えています。パワーランプやランタン用のさまざまな新しい絶縁材料に使用でき、1Wから200Wまでのすべての種類のLEDランプやランタンに広く使用できます。

 

高熱伝導性プラスチックの定格電圧は通信6000Vまでで、非絶縁スイッチング定電流電源、HVLED高電圧リニア定電流電源の選択に適しています。この種類のLED照明器具は、CE、TUV、ULなどの厳しい安全テストに簡単に合格します。HVLEDは高電圧（VF=35-280VDC）、小電流（IF=20-60mA）の動作条件を選択するため、HVLEDビーズボードの熱が低減されます。高熱伝導性プラスチックヒートシンクは、従来の射出成形、押し出し機を使用できます。一度の成形で、製品の仕上がりが高くなります。生産効率が大幅に向上し、モデリング計画の感度が向上し、プランナーの計画コンセプトを十分に発揮できます。高熱伝導性プラスチックヒートシンクはPLA（コーンスターチ）重合を使用しており、完全に分解され、残留物や化学汚染がなく、生産プロセスで重金属汚染がなく、下水や排気ガスがなく、世界的な環境要件に準拠しています。

高熱伝導性プラスチックヒートシンク内部のPLA分子にはナノスケールの金属イオンが密集しており、高温で素早く移動して、熱放射エネルギーを追加します。その活力は金属材料のヒートシンクよりも優れています。高熱伝導性プラスチックヒートシンクは高温耐性があり、150度で5時間耐えてもひび割れや変形がなく、高電圧線形定電流IC駆動プログラムを使用し、電解コンデンサや大容量インダクタを必要とせず、LEDランプの寿命を大幅に向上させ、非絶縁電源プラン、高効率、低コストを実現します。特に蛍光灯、高出力産業用および鉱業用ランプに適しています。

高熱伝導性プラスチックヒートシンクは、多くの精密なヒートシンク翼を設計することができ、ヒートシンク翼はより薄く、放熱面積を最大限に拡張することができ、ヒートシンク翼の動作は自動的に空気対流による熱の分散を構成し、放熱効果がより良くなります。 LEDランプの熱は、高熱伝導性プラスチックを介して直接ヒートシンク翼に伝わり、空気対流と表面放射によって急速に放熱されます。

高熱伝導性プラスチックヒートシンクの密度はアルミニウムより軽いです。アルミニウムの密度は2700kg/m3ですが、プラスチックの密度は1420kg/m3で、アルミニウムのほぼ半分です。そのため、ヒートシンクの形状は同じで、プラスチックヒートシンクの重量はアルミニウムの1/2です。加工が容易で、成形サイクルを20-50％短縮できるため、コストも削減できます。

 

ZP HEATSINK は、20 年にわたり、さまざまな用途向けのカスタマイズされたヒートシンクを専門に扱っています。当社には、あらゆる熱管理プロジェクトを達成した経験があります。プロジェクトを開始するには、当社にお問い合わせください。