Tìm hiểu cấu tạo bộ tản nhiệt cho đèn LED từ A – Z

Denlednhat.com – Thời gian vừa qua có nhiều độc giả và khách hàng đã liên hệ và trao đổi với phòng kỹ thuật của HSMA và muốn HSMA review một bài viết chi tiết nhất về Cấu tạo bộ tản nhiệt cho đèn LED. Do vậy Đèn LED Nhật sẽ đăng tải tại bài viết này, kính mời quý độc giả và quý khách hàng tham khảo.
 
Động cơ phản lực và bóng đèn LED dường như không có điểm gì giống nhau ngoài việc chúng đều có thể bị nóng quá mức nếu không được làm mát một các thích hợp.

 

Công nghệ tản nhiệt của đèn LED

A./ Nghiên cứu mới công nghệ tản nhiệt cho đèn LED

Tuy nhiên, trong khi động cơ phản lực đã được thiết kế với những cơ chế làm mát rất hiệu quả thì công nghệ tản nhiệt cho đèn LED vẫn chỉ như ở giai đoạn “học việc“. Song điều này có thể sẽ sớm thay đổi bởi nhà sản xuất thiết bị điện General Electric (GE) đang nghiên cứu ứng dụng cơ chế làm mát dùng trong các động cơ phản lực cho các bóng đèn LED.

Công nghệ này không những giúp các bóng đèn LED bớt đi độ nóng, tăng tuổi thọ bóng đèn mà có thể tạo ra một nguồn sáng lớn hơn trong khi sử dụng mức năng lượng chỉ bằng 1/3 so với khi không ứng dụng công nghệ này. Theo tiết lộ của GE, mấu chốt của cơ chế làm mát này nằm ở công nghệ có tên gọi “microfluidics.”

GE giải thích

Hệ thống làm mát kép của GE là những thiết bị dạng ống xếp siêu nhỏ có thể tạo ra những dòng khí phản lực vận tốc cao và tác động trực tiếp lên phần tản nhiệt của đèn LED. Luồng khí phản lực làm tăng tỷ lệ dẫn truyền nhiệt lên gấp 10 lần qua đó cho phép đèn LED hoạt động ở dòng kích thích lớn mà không làm giảm hiệu suất hay tuổi thọ. Bên cạnh đó, cơ cấu làm mát mới cũng giảm bớt số lượng chip LED sử dụng trong một bóng đèn và kết quả là giá thành và trọng lượng của đèn cũng giảm theo.

Kỹ sư kiêm nhà nghiên cứu dự án LED của GE, Mehmet Arik cho biết:

Giá của chip LED chiếm đến 75% chi phí sản xuất toàn bộ hệ thống và nếu chúng tôi giảm số lượng chip LED, đương nhiên giá sẽ giảm.”

Hiện tại, công nghệ tản nhiệt này cho đèn LED vẫn đang ở giai đoạn phát triển và GE vẫn chưa thương mại hóa phát mình của mình. Nếu như trước đây Japanlighting.com đã có bài viết:

Công nghệ tản nhiệt và giải nhiệt cho đèn LED

Trong đó có đoạn: Bóng Đèn LED thường được xem là nguồn sáng lạnh, và trong thực tế bóng đèn LED không quá nóng khi để tay gần vì chúng thường không sinh ra nhiệt ở dạng bức xạ hồng ngoại. Hay nói cách khác, bóng đèn LED sinh ra nhiệt ở trong cấu trúc diode bán dẫn (thay vì photons nhiệt) và nhiệt này cần phải được giải phóng thông qua truyền nhiệt và đối lưu. Do đó, việc thiết kế bộ đèn cần phải được xem xét những thách thức trong việc giải nhiệt vì nó tác động đến độ bền, tuổi thọ, và thậm chí là tính an toàn của đèn.

B./ Công nghệ tản nhiệt của đèn LED: Chế tạo, đặc điểm, kiểu dáng

Ngoài chíp LED và bộ nguồn thì bộ phận tản nhiệt cũng là một trong 3 yếu tố quan trọng nhất, quyết định giá trị của đèn LED. Hiện nay trên thị trường có rất nhiều loại vỏ và bộ phận tản nhiệt được thiết kế, sản xuất bằng các phương pháp, hình thức và chất liệu khác nhau.

1. Công nghệ chế tạo tản nhiệt của đèn LED

Các loại bộ tản nhiệt của đèn LED

Đèn LED ngày càng thay thế đèn truyền thống trong cuộc sống chúng ta, bộ phận tản nhiệt của đèn LED trở thành một phần không thể thiếu của bộ đèn và là một trong 3 thành phần chính bên cạnh Driver, chip LED, 3 thành phần này quyết định giá thành và chất lượng của một bộ đèn.

Trên thị trường rất nhiều loại vỏ và bộ phận tản nhiệt với các chất liệu nhôm khác nhau

Từ các loại đèn LED Blub, đèn LED Downlight, Panel siêu mỏng, đèn LED Downlight mặt phẳng sử dụng các chip SMD công suất nhỏ cho đến các bộ đèn LED công suất lớn sử dụng bóng led 1W, 3W, COB…Công suất càng lớn, vấn đề tản nhiệt càng khó xử lý.

Từ nhiều góc độ khác nhau, kỹ thuật gia công tản nhiệt đã trở thành và quyết định đến tính năng ‘sống còn’ của bộ phận tản nhiệt, đặc biệt đối với các bộ đèn LED có công suất lớn, tuy nhiên cơ bản chủ yếu đều dựa trên các nền tảng công nghệ sản xuất dưới đây:

  • Công nghệ đúc bằng khuôn (Die casting process)
  • Công nghệ tiện (CNC)
  • Gần đây xuất hiện bộ tản nhiệt đồng nhất được sản xuất bởi công nghệ mới gọi là rèn nguội (Cold Forged)

2. Đặc điểm công nghệ chế tạo tản nhiệt của đèn LED

Chúng ta cùng nhau lần lượt phân tích đặc điểm của 3 loại công nghệ gia công tản nhiệt này (chủ yếu là của các bộ đèn Downlight âm trần công suất lớn sử dụng bóng 1W, 3W, COB..)

a. Công nghệ đúc bằng khuôn

Vật liệu sử dụng thường là hỗn hợp nhôm và kẽm, hay nhôm thô, nhôm đúc. Độ dẫn nhiệt của hợp kim nhôm kẽm đúc khoảng 96W/M.K, sau khi thêm các thành phần phụ chống oxi hóa, phun sơn bề mặt hay mạ điện thì thực tế độ dẫn nhiệt sẽ kém đi một chút, các lá nhôm tản nhiệt sẽ rất dày, diện tích tản nhiệt nhỏ, đối với tản nhiệt sẽ bất lợi.

Rất nhiều đèn Spotlight truyền thống loại 1W-3W sử dụng công nghệ này

Giá thành sản xuất thấp, tốc độ sản xuất nhanh, nhưng tản nhiệt tương đối kém. Do bề mặt tản nhiệt của nhôm đúc chỉ được phun dầu hoặc mạ điện, không thể anod hóa, sử dụng lâu ngày sẽ có hiện tượng bong tróc, ảnh hưởng đến thẩm mỹ. Hơn nữa tản nhiệt LED làm từ khuông đúc thường dùng chất liệu ADC12, giá thành khuôn cao, thời gian làm khuôn mất nhiều thời gian, thông thường cần 30-45 ngày.

Nhôm đúc thường là nhôm thô, hàm lượng nhôm thấp nên tản nhiệt kém, các lá nhôm dày, khó gia công theo yêu cầu, độ cứng cao.

b. Công nghệ tiện CNC

Thường dùng hợp kim nhôm Aluminium 6063, độ dẫn nhiệt khoảng 180W/M.K, các lớp vỏ của các bộ đèn công suất lớn thường sử dụng công nghệ này, các phần lá nhôm tản nhiệt có thể làm nhỏ tới 1mm, có thể chế tạo đến mức tinh xảo, diện tích tản nhiệt lớn, tính năng tản nhiệt tốt. Với bộ tản nhiệt kiểu hoa hướng dương của đèn LED Downlight cùng kích cỡ với nhau thì hiệu quả tản nhiệt của bộ tản nhiệt làm từ công nghệ tiện cao gấp 1/3 so với bộ tản nhiệt đúc bằng khuôn đúc.

Kiểu tản nhiệt kiểu hoa hướng dương

Tuy nhiên, đối với tản nhiệt kiểu hoa hướng dương do phần đáy và các lá nhôm được tách rời gia công sau đó mới được tán lại với nhau, hơn nữa phần tán phải được kiểm soát rất chặt chẽ nếu không sẽ dẫn đến không khít gây hỏng sản phẩm, do vậy phần ghép tán này không tránh khỏi sản sinh nhiệt trở, ảnh hưởng đến hiệu qủa tản nhiệt, sử dụng thời gian dài còn có khả năng do giãn nở nhiệt mà xuất hiện các vết nứt trên sản phẩm.

Bộ tản nhiệt nhôm lá (miếng)xẻ rảnh thường được xử lý qua máy tiện nên có độ tinh xảo, diện tích tản nhiệt lớn, nhẹ.

    

Thông qua máy tiện, độ dày các lá nhôm có thể gia công ≤1mm

 
3. Công nghệ rèn nguội (Coled Forged)

Bộ phận tản nhiệt đã sớm có từ rất lâu, trong đó đặc biệt là công nghệ chế tạo. Nhôm nguyên chất hay nhôm cao cấp ngày càng chiếm phần lớn thị trường, vì mục đích gia tăng diện tích các lá nhôm tản nhiệt (Fin), các nhà sản xuất đã dùng công nghệ rèn nguội (ép đùn) để gia công các bộ nhôm tản nhiệt cao cấp.

Để đánh giá chất lượng bộ tản nhiệt cao cấp, chủ yếu tập trung vào độ dày đế tản nhiệt và tỷ số Pin-Fin với nhau. Pin chỉ độ cao của các lá tản nhiệt (hay bavia), Fin chỉ khoảng cách giữa các lá tản nhiệt với nhau. Tỷ số Pin-Fin là dùng độ cao của Pin(không tính phần độ dày đế) chia cho Fin, tỷ số này càng lớn nghĩa là diện tích tản nhiệt càng lớn, tản nhiệt có hiệu quả, chứng minh kỹ thuật đùn áp càng tiên tiến.

Bộ tản nhiệt với công nghệ mới Cold Forged giúp nhiệt lượng tản ra xung quanh tốt hơn

Hệ thống Pin-Fin với hình dạng khác nhau đồng thời cũng giúp cung cấp nhiều luồng khí hơn cho bóng đèn LED giúp quá trình trao đổi nhiệt diễn ra nhanh hơn.

Bộ phận tản nhiệt đồng nhất từ công nghệ rèn nguội

Thông thường dùng nhôm nguyên chất 1070(độ dẫn nhiệt khoảng 226W/M.K) đã qua tinh chế đặt vào khuôn khép kín, với nhiệt độ phòng, dưới lực áp suất của máy, đùn áp(kỹ thuật ép đùn)khiến nhôm trở nên mềm, dễ uốn và cho ra sản phẩm có hình dạng mong muốn. Chỉ có công đoạn cuối và lá nhôm tản nhiệt cần gia công bằng máy tiện CNC, tiết kiệm được nguyên vật liệu và thời gian gia công, giảm được giá thành sản xuất.

Chúng ta đều biết hai vấn đề trở ngại cho ngành đèn LED chiếu sáng phát triển và phổ biến là tính năng tản nhiệt và giá thành, tính năng tản nhiệt của bộ tản nhiệt từ công nghệ rèn nguội có ưu điểm rất lớn, đặc biệt có thể dễ dàng sản xuất hàng loạt, đồng thời dự đoán trong tương lai, chi phí ứng dụng công nghệ này cũng sẽ giảm so với đúc khuôn và máy tiện

Các loại đèn LED COB thế hệ mới đều sử dụng bộ tản nhiệt Cold Forged.

4. Kiểu dáng một số bộ tản nhiệt đèn LED công suất lớn (dùng bóng 1W,3W hoặc COB)thông dụng trên thị trường

 
Nhôm tản nhiệt kiểu hoa hướng dương
Nhôm tản nhiệt kiểu lá nhôm xẻ rảnh
 
Nhôm tản nhiệt Coled Forged thế hệ mới
Nhôm tản nhiệt của đèn LED thanh ray sử dụng chip COB

Bộ tản nhiệt này có thể sản xuất đồng loạt, với thời gian nhanh nhưng chi phí đầu tư cho công nghệ này lại khá cao, hiện tại chủ yếu, công nghệ này được sử dụng cho sản xuất đèn LED nhà xưởng, đèn LED chống cháy nổ hoặc một số loại đèn LED yêu cầu công suất cao khác. Tuy nhiên, hi vọng trong thời gian tới, chí phí sử dụng công nghệ này sẽ được cải thiện hơn để ứng dụng vào sản xuất hàng loạt cho tất cả các loại bóng đèn từ công suất thấp đến công suất cao.

Công ty TNHH Hùng Sông Mã

Là đơn vị độc quyền nhập khẩu phân phối sản phẩm đèn LED Humitsu Nhật Bản. Tất cả các sản phẩm đều có đầy đủ CO/CQ chứng từ xuất nhập khẩu.

Quý khách hàng cần tư vấn hoặc đặt hàng vui lòng liên hệ:

  • Tel: 024 22 414 666 – Hotline: 0964 891 898 – 0905 88 91 88
  • Email: sales@hsmacorp.com