https://doi.org/10.15407/iopt.2019.54.139

Optoelectron. Semicond. Tech. 54, 139-148 (2019)

D.V. Pekur

TWO PHASE COOLING SYSTEMS OF VOLUMETRIC LED MODULES FOR RETROFIT LAMPS

The article is about the problem of creating powerful LED light sources. At present time, most household lighting fixtures and much of the industrial ones are using lamps of various types intended for installation in the lampholder. Such lighting products have the design and technical characteristics intended for use in them lamps with traditional sources of light - incandescent, fluorescent, halogen or metal-halide lamps. In order to preserve the luminous design of such lighting devices and to increase their luminous efficiency, it is important to create lamps based on solid - state light sources with a distribution of light close to traditional lamps - retrofit lamps.

Consideration is given to the usage of heat pipes reducing the temperature of the LEDs in the designs of retrofit lamps. The usage of heat pipes as an element of the heat sink holder significantly reduces the temperature difference between the LEDs and the heat exchange system with the air (radiator), even at a considerable length of the holder, while maintaining its small mass and overall characteristics. Placing LEDs on a voluminous module as a heat sink holder used by heat pipes increases the angles of spatial distribution of light across the bulb of the lamp without the use of lenses, and thus reduces the number of structural elements, while maintaining the low temperature of the LEDs, which increases their light efficiency and lifetime. This paper explores and compares experimental samples of three-dimensional LED modules of different designs. The analysis of the results showed that the proposed design of powerful LED retrofit lamps with cooling systems based on heat pipes is able to provide optimal temperature modes for operation of the LEDs, even with a significant increase in lamp power. The thermal resistance between the LED body and the radiator was reduced 6.8 times. The expediency of using LEDs with low thermal resistance between the crystal and the housing in cooling systems based on heat pipes is shown. The developed design with the usage of LEDs with low thermal resistance allowed to improve the thermal conditions of the LEDs and to increase the prototype power of high-power lamps by 136% without increasing the size of the radiator of the cooling system.

The results of the study can be used to create super-power lamps which use heat pipes in the cooling systems.

Keywords: voluminous light-emitting diode modules, cooling, retrofit lamp, heat pipes.

PDF

Д.В. Пекур

ДВОФАЗНІ СИСТЕМИ ОХОЛОДЖЕННЯ ОБ’ЄМНИХ СВІТЛОДІОДНИХ МОДУЛІВ ДЛЯ ЛАМП- РЕТРОФІТІВ

В статті розглянута проблема створення потужних світлодіодних джерел світла. На сьогод­нішній день в більшості освітлювальних приладів побутового призначення та у значній частині промислових використовуються лампи різних типів, призначені для встановлення у цоколь. Такі світлотехнічні вироби мають дизайн та технічні характеристики, призначені для використання в них ламп з традиційними джерелами світла – розжарення, люмінесцентних, галогенних або металогалогенних ламп. Для збереження світлового дизайну таких освітлювальних пристроїв та підвищення їх світлової ефективності важливим є створення ламп на основі твердотільних джерел світла з розподілом світла, близьким до традиційних ламп – ламп-ретрофітів.

Розглядається питання використання теплових труб для зменшення температури світлодіодів у конструкціях ламп-ретрофітів. Використання теплових труб як елемента тримача тепловідводу значно зменшує перепад температури між світлодіодами та системою теплообміну з повітрям (радіатором) навіть при значній довжині тримача, зберігаючи її малі масо-габаритні характеристики. Розміщення світлодіодів на об’ємному каркасі в якості тримача тепловідводу, в якому використано теплові труби, збільшує кути просторового розподілу світла по колбі лампи без застосування лінз, а отже, знижує кількість елементів конструкції, при цьому зберігається низька температура світлодіодів, що підвищує їх світлову ефективність та час життя. В роботі проводиться дослідження та порівняння експериментальних зразків об’ємних світлодіодних модулів різних конструкцій. Проведений в роботі аналіз результатів показав, що запропонована конструкція потужних світлодіодних ламп-ретрофітів з системами охолодження на основі теплових труб здатна забезпечити оптимальні температурні режими роботи світлодіодів навіть при значному підвищенні потужності лампи. При цьому тепловий опір між корпусом світлодіода та радіатором було знижено у 6,8 разів. Показано доцільність використання світлодіодів з низьким тепловим опором між кристалом та корпусом в системах охолодження на основі теплових труб. Розроблена конструкція з використанням світлодіодів з низьким тепловим опором дозволила покращити температурні умови роботи світлодіодів та підвищити потужності прототипів надпотужних побутових ламп на 136%, не збільшуючи розміри радіатора системи охолодження.

Результати дослідження можуть бути використані при створенні надпотужних ламп-ретрофітів, в системах охолодження яких використовуються теплові труби.

Ключові слова: об’ємні світлодіодні модулі, охолодження, лампи-ретрофіти, теплові труби.

Back / Повернутися