RU56558U1

RU56558U1 - LED MATRIX COOLING DEVICE

Info

Publication number: RU56558U1
Application number: RU2006107954/22U
Authority: RU
Inventors: Билал Аругович Билалов; Геннадий Дмитриевич Кузнецов; Валерий Петрович Сушков; Иван Владимирович Лобачев; Гаджимет Керимович Сафаралиев
Original assignee: Билал Аругович Билалов
Priority date: 2006-03-13
Filing date: 2006-03-13
Publication date: 2006-09-10

Abstract

Устройство охлаждения светодиодной матрицы предназначено для применения в радиоэлектронной и электротехнической промышленности. В частности - для использования в различных светотехнических приборах, заменяющих лампы накаливания: светофорах, информационных табло и проекционной аппаратуре. Полезная модель предназначена для увеличения эффективности отвода тепла от светодиодной матрицы, что уменьшает потребляемую энергию, увеличивает светоотдачу светодиодной матрицы, ее срок службы и мощность. Отличительная особенность устройства заключается в том, что между светодиодной матрицей и радиатором установлен термоэлектрический модуль, составленный из полупроводниковых элементов, работающих на эффекте Пельтье.The LED matrix cooling device is intended for use in the electronic and electrical industries. In particular, for use in various lighting devices that replace incandescent lamps: traffic lights, information displays and projection equipment. The utility model is designed to increase the efficiency of heat removal from the LED matrix, which reduces energy consumption, increases the light output of the LED matrix, its service life and power. A distinctive feature of the device is that a thermoelectric module composed of semiconductor elements operating on the Peltier effect is installed between the LED matrix and the radiator.

Description

Устройство охлаждения светодиодной матрицы предназначено для применения в радиоэлектронной и электротехнической промышленности. В частности - для использования в различных светотехнических приборах, заменяющих лампы накаливания: светофорах, информационных табло и проекционной аппаратуре.The LED matrix cooling device is intended for use in the electronic and electrical industries. In particular, for use in various lighting devices that replace incandescent lamps: traffic lights, information displays and projection equipment.

В настоящее время одним из наиболее перспективных направлений в освоении светодиодов является разработка мощных приборов белого цвета свечения, пригодных для применения в различных светотехнических устройствах.At present, one of the most promising areas in the development of LEDs is the development of powerful white glow devices suitable for use in various lighting devices.

На данный момент светоотдача лучших светодиодов достигает 18-20 люмен на 1 Вт потребляемой мощности. Следовательно, устройство, потребляющее мощность 5-10 Вт, способно излучать световой поток 100-200 люмен (B.C.Абрамов, Д.Р.Агафонов, А.В.Шишови др. «Белые светодиоды», «Светодиоды и лазеры», №1-2 2002 г.)At the moment, the light output of the best LEDs reaches 18-20 lumens per 1 W of power consumption. Therefore, a device consuming power of 5-10 W is capable of emitting a luminous flux of 100-200 lumens (BCAbramov, D.R. Agafonov, A.V. Shishovi et al. “White LEDs”, “LEDs and Lasers”, No. 1- 2 2002)

Основной проблемой в промышленном освоении светодиодов является отвод выделяемого ими тепла. Например, при разогреве р-п перехода светодиода от 25°С до 120°С, светоотдача уменьшается в 1,5-2 раза, а срок службы уменьшается от 100 до 5-10 тысяч часов.The main problem in the industrial development of LEDs is the removal of heat generated by them. For example, when the LED transition rp is heated from 25 ° C to 120 ° C, the light output decreases by 1.5-2 times, and the service life decreases from 100 to 5-10 thousand hours.

В практике применяются различные способы отвода тепла от полупроводниковых приборов. Например, для отвода тепла от светодиодных матриц, используются пассивные радиаторы (А.Н.Ковалев, Ф.И.Маняхин, В.Е.Кудряшов и др. «Изменения люминесцентных электрических свойств светодиодов из гетероструктур InGaN/AiGaN/Gan при длительной работе». «Физика и техника полупроводников», том 33, вып.2, 1999). Для более интенсивного отвода тепла от радиатора, он может дополнительно обдуваться вентилятором.In practice, various methods of heat removal from semiconductor devices are used. For example, to remove heat from LED arrays, passive radiators are used (A.N. Kovalev, F.I.Manyakhin, V.E. Kudryashov and others. “Changes in the luminescent electrical properties of LEDs from InGaN / AiGaN / Gan heterostructures” . “Physics and Technology of Semiconductors”, Volume 33, Issue 2, 1999). For more intensive heat removal from the radiator, it can be additionally blown by a fan.

Однако такой способ решает проблему охлаждения лишь частично. В процессе воздействия электрических нагрузок наблюдаются изменения в вольт-амперных характеристиках и спектрах излучения: на ВАХ в области малых напряжений увеличивается туннельная составляющая, а в области больших напряжений возрастает последовательное сопротивление компенсированного слоя; в спектрах излучения наблюдаются изменения в соотношении интенсивности в различных диапазонах спектра при различных токах. Таким образом, от светодиодов при помощи радиатора отводится тепло не столь эффективно. Приходится увеличивать площадь рассеивания радиатора.However, this method solves the cooling problem only partially. In the process of exposure to electrical loads, changes are observed in the current-voltage characteristics and emission spectra: the tunneling component increases on the I – V characteristic in the region of low voltages, and in the region of high voltages the series resistance of the compensated layer increases; In the emission spectra, changes are observed in the intensity ratio in different ranges of the spectrum at different currents. Thus, heat is not so effectively removed from the LEDs with a radiator. We have to increase the dispersion area of the radiator.

Целью предлагаемой полезной модели является увеличение эффективности отвода тепла от светодиодной матрицы, что приведет к уменьшению потребляемой энергии, увеличению светоотдачи светодиодной матрицы и срока ее службы.The purpose of the proposed utility model is to increase the efficiency of heat removal from the LED matrix, which will lead to a decrease in energy consumption, increase in light output of the LED matrix and its service life.

Для достижения этой цели между светодиодной матрицей и радиатором установлен термоэлектрический модуль, составленный из полупроводниковых To achieve this, a thermoelectric module composed of semiconductors is installed between the LED matrix and the radiator

элементов, работающих на эффекте Пельтье.Peltier effect elements.

Конструкция полезной модели пояснена на фигуре, где 1 - светодиодная матрица, 2 - теплопроводный слой, 3 - термоэлектрический модуль, 4 - радиатор, 5 - вентилятор.The design of the utility model is illustrated in the figure, where 1 is an LED matrix, 2 is a heat-conducting layer, 3 is a thermoelectric module, 4 is a radiator, 5 is a fan.

Устройство охлаждения светодиодной матрицы работает следующим образом:The cooling device of the LED matrix works as follows:

При подаче напряжения на светодиодную матрицу 1, она излучает световую энергию. При этом выделяется и тепловая энергия, которая через теплопроводный слой 2 передается на термоэлектрический модуль 3. Так как, при пропускании тока через соединенные между собой элементы, работающие на эффекте Пельтье, составляющие термоэлектрический модуль, тепловая энергия перетекает с теплопроводного слоя, на которой установлена светодиодная матрица, на радиатор 4, образуя холодную и горячую стороны. Теплопроводный слой служит для улучшения коэффициента теплопередачи от светодиодной матрицы к термоэлектрическому модулю. Вентилятор 5 служит для рассеивания тепла поглощенного радиатором в окружающее пространство.When voltage is applied to the LED matrix 1, it emits light energy. In this case, thermal energy is also released, which is transmitted through the heat-conducting layer 2 to the thermoelectric module 3. Since, when current is passed through interconnected elements operating on the Peltier component of the thermoelectric module, the thermal energy flows from the heat-conducting layer on which the LED matrix, on radiator 4, forming the cold and hot sides. The heat-conducting layer serves to improve the heat transfer coefficient from the LED matrix to the thermoelectric module. The fan 5 is used to dissipate the heat absorbed by the radiator into the surrounding space.

Такая конструкция позволяет снимать со светодиодной матрицы практически все выделяемое на ней тепло и передавать его на радиатор и в окружающее пространство. Повышается светоотдача светодиодной матрицы, что компенсирует дополнительные энергозатраты, необходимые для питания термоэлектрического модуля; при стабильно невысоких температурах позволяет увеличить срок службы светодиодов. Кроме того, за счет более интенсивного охлаждения, можно подавать на светодиодную матрицу большие величины токов, тем самым, увеличивая не только ее к.п.д., но и мощность.This design allows you to remove from the LED matrix almost all the heat released on it and transfer it to the radiator and to the surrounding space. The light output of the LED matrix increases, which compensates for the additional energy required to power the thermoelectric module; at stable low temperatures allows to increase the life of the LEDs. In addition, due to more intensive cooling, it is possible to apply large amounts of currents to the LED matrix, thereby increasing not only its efficiency, but also its power.

Claims

An LED matrix cooling device comprising an LED matrix mounted on a heat-conducting layer and a radiator equipped with a fan, characterized in that a thermoelectric module composed of Peltier-effect elements is placed between the LED matrix and the radiator.