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¿Por qué necesitan los LED la instalación de disipadores térmicos?

Posted by: ekosyste Categories: Lo básico...

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Para poder comprender por qué se deben de usar estos disipadores, tendremos que entender primero como están configurados constructivamente.

Induciendo la tensión y corriente apropiadas sobre un material semiconductor, se consigue que los electrones se muevan entre la banda de conducción y la de valencia del átomo, desprendiéndose en ese acto energía. Dicha energía, dependiendo del material semiconductor, puede ser emitida en el espectro infrarrojo, el visible, o el ultravioleta; en otras palabras: calor, luz, o rayos UV respectivamente. Pues bien, los materiales que conforman los LED, son los que más optimizan la emisión de luz, produciéndose el calentamiento por el mismo efecto joule, con la diferencia de que esta vez es el calor el subproducto de la circulación de electrones por el material, y el producto principal es la luz.

Dicha temperatura es crítica en el llamado punto de unión (Tj), que en el peor de los casos puede llegar a superar los 200ºC, destruyendo el LED. Ese punto, necesita urgentemente disipar la temperatura que se genera en su interior, y para ello, utiliza ciertos metales dentro del mismo encapsulado, algún vector que contacta con el disipador, y desde luego,  el aire circundante (Ta) que es el que alivia la temperatura del disipador mediante el intercambio térmico con el medio ambiente.

 

Un LED convenientemente refrigerado, es más eficiente, y su vida útil será más larga, por lo que uno de los mayores esfuerzos a la hora de diseñar una luminaria LED es hacer que la temperatura del núcleo de unión sea lo más cercana posible a la temperatura ambiente: Rth(Tj-Ta) entre más bajo sea el coeficiente que resulta de la ecuación anterior, mejor será la comunicación entre el núcleo de unión y el aire circundante teóricamente más frio, y eso se consigue con materiales con buenas propiedades de conducción térmica, como el aluminio.

 La razón de esa forma de aletas, es de optimización, ya que ese diseño permite que una mayor cantidad de aire entre en contacto con el metal en el menor espacio posible, acelerándose el intercambio térmico.

Día a día la tecnología de materiales mejora. La aplicación de corrientes muchos más bajas en los drivers, se traduce en una mayor eficiencia, ofreciendo una mayor vida útil, y el uso de disipadores más pequeños.

El LED necesita elementos de alimentación para su funcionamiento, puesto que funcionan con voltajes pequeños y corriente continua.

Dichos elementos pueden ser Fuentes de alimentación (suministran un voltaje constante y corriente variable), o Drivers (los cuales suministran una corriente constante, junto a una tensión variable). Estos drivers son principalmente los utilizados en lámparas o luminarias LED, pues aportan las dos características necesarias para cumplir las particularidades físicas del LED.

El calor generado por el driver en sí  no suele ser un problema, el problema suele estar en proteger el driver del calor liberado por el disipador. Si no se tiene esa consideración, se puede precipitar el deterioro de numerosos elementos electrónicos que lo componen, sobre todo los mayores afectados suelen ser los condensadores electrolíticos.

Una sencilla y fácil solución es aislar físicamente el driver, filosofía que siempre tenemos en cuenta en nuestros criterios de calidad, incluso en bombillas con unos pocos vatios.

 

Es aconsejable que entendamos que en la disipación térmica, en muchas ocasiones se conjugan diferentes factores. Pues es necesario transmitir de la parte trasera del LED, al PCB donde se encuentra instalado el LED, el calor y de este hasta el disipador térmico instalado. Es decir, que un bajo valor de disipación térmica, en alguna de estos elementos puede dar al traste con el resultado final. Y no podremos diferenciar en muchas ocasiones si eso ocurre en nuestra luminaria o bombilla LED.

Un forma sencilla de comprobar esta máxima. Es controlar la temperatura exterior de nuestras luminarias o bombillas, encendiéndolas y comprobando en que tiempo podemos notar que el exterior de esta comienza a calentarse. Un tiempo prudencial y más que aceptable, puede situarse en unos 2 minutos aproximadamente. A partir de ese momento, la temperatura debería de aumentar, paulatinamente y rápidamente hasta situarse a una diferencia de no más de 7 a 10 grados con el interior de dicha lámpara.

Por lo tanto muchas veces que una lámpara esté mucho más caliente exteriormente que otra, no significa que  esta sea de peor calidad que otra que se calienta menos, si no que en multitud de ocasiones lo que significa es que los materiales usados para la disipación térmica de dichas lámparas o bombillas, no está convenientemente dimensionados.