УСТРОЙСТВО ОХЛАЖДЕНИЯ СВЕТОДИОДНОЙ МАТРИЦЫ

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.
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.
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.)
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.
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.
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.
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.
Для достижения этой цели между светодиодной матрицей и радиатором установлен термоэлектрический модуль, составленный из полупроводниковых
элементов, работающих на эффекте Пельтье.
Конструкция полезной модели пояснена на фигуре, где 1 - светодиодная матрица, 2 - теплопроводный слой, 3 - термоэлектрический модуль, 4 - радиатор, 5 - вентилятор.
Устройство охлаждения светодиодной матрицы работает следующим образом:
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.
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.