園藝照明的熱管理:冷卻人造太陽

作者 : Burak Duman,機電產品技術支援;Martin Unsold機電產品資深行銷經理;Rutronik

應該將土地用於建設住宅還是農場?這是一個艱難的選擇。世界人口增加和氣候變遷導致越來越多的耕地消失,因此我們需要創新的農業形式和現代化技術。尤其是在使用「LED太陽」(LED Sun)時特別需要有效的熱管理...

不同地區的天氣條件各異,人們都需要替代性的農業生產力來種植足夠多的穀物、水果和蔬菜。「城市農耕」(urban farming)包括重新利用已廢置的地下隧道或基地以及建築物的屋頂和牆壁來種植。然而,這些地點通常缺乏植物生長所需要的陽光,這就是LED照明系統日益用於作為替代光源的原因。此外,使用控制得當的光照頻率,可以有利於植物生長,從而提高產量、提高良率,並減少有害物質。而且,這種方法還可以調整作物的顏色和味道。UV LED還可以保護植物免受微生物、孢子和細菌的侵害。

熱管理有助於延長LED燈壽命

LED燈比傳統的鹵素燈泡效率更高得多,最多可使用50%的電能來產生可見光,但這意味著它們仍會以熱量的形式排放大約一半的能量。隨著LED燈變得越來越小,同時需要的能量越來越多,因而產生了越來越多的熱輸出。從長遠來看,這會影響LED燈的使用壽命。

目前LED燈的使用壽命約為2,000至4,000小時。溫度過高可能會損失多達六分之一的使用壽命,因此熱管理解決方案對延長 LED燈的性能表現十分重要,這也可以大幅減少在運行期間進行更換和維護操作的需求。

客製化的冷卻元件

由於需要考慮的因素很多,市場上還沒有現成的熱管理解決方案。客戶所使用的是低功率、中功率還是高功率LED?預計達到什麼溫度?客戶應用中有多少可用的空間?還有,雜訊是影響因素之一嗎?

一般來說,市場上有被動式和主動式的解決方案可供選擇。被動式的解決方案包括來自 Assmann、Fischer Elektronik或3M等供應商的散熱片和導熱箔。主動式解決方案則是風扇和鼓風機,例如Adda、Delta和Jamicon公司提供的產品。

LED晶片溫度超過 140℃時,會大幅縮短使用壽命。

設計人性化的散熱片

散熱片的主要區別在於材料。如果需要有效地散發相對大量的熱量,由鋁製成的鰭式散熱片是理想的選擇。由於其價格具有吸引力,因此適用於對成本敏感的應用。供應商還可以提供客製化的解決方案,根據散熱需求精確調整尺寸。

塑膠散熱片可以傳導熱量,但它是電絕緣體。而且,根據塑膠複合材料,還可以提供高度的光反射。塑膠可直接用作外殼,省去任何額外的冷卻元件。塑膠的反射率意味著光線不會損失任何亮度。就像鋁散熱片一樣,塑膠散熱片的設計也十分人性化,但其重量更輕,特別適用於重量控制非常重要的應用。

氮化硼是一種特別適合導熱和散熱的塑膠,也稱為「白石墨」(white graphite)。 這種具有類似石墨結構的合成材料是純白色的電絕緣體。

如果保持材料特性,氮化硼的散熱指數高達15 W/m∙K。經過小心設計,可以把氮化硼的冷卻濾光片輕鬆地重新導向到任何方向,從而控制熱量散發到垂直或水平方向。氮化硼特別適合薄壁和複雜幾何形狀的設計,3M可提供匹配的散熱片。

無論使用何種冷卻方法和材料,熱管理解決方案實際上總是需要量身訂作,因為散熱要求和局部條件都非常具體,依照每項專案而有所不同。因此,對於為手邊的應用尋找理想熱管理解決方案的客戶來說,專業技術支援是十分重要的。

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