Расчет и изготовление радиатора для светодиодов
Светодиоды считаются одним из наиболее эффективных источников света, их световой поток доходит до фантастических значений, порядка 100 Лм/Вт. Люминесцентные лампы выдают в два раза меньше, а именно 50-70 Лм/Вт. Однако для долгой работы светодиода нужно выдерживать их тепловые режимы. Для этого применяются фирменные или самодельные радиаторы для светодиодов.
Зачем диодам нужно охлаждение?
Несмотря на высокие показатели светоотдачи светодиоды излучают света примерно на треть потребляемой мощности, а остальное выделяется в тепло. Если диод перегревается структура его кристалла нарушается, начинает деградировать, световой поток снижается, а степень нагрева лавинообразно увеличивается.
Причины перегрева светодиодов:
- Слишком большой ток;
- плохая стабилизация питающего напряжения;
- плохое охлаждение.
Первые две причины решаются применением качественного источника питания для светодиодов. Такие источники часто называют драйвер для светодиода. Их особенность заключается не в стабилизации напряжения, а именно в стабилизации выходного тока.
Дело в том, что при перегреве сопротивление светодиода снижается и ток, протекающий через него, возрастает. Если в качестве блока питания использовать стабилизатор напряжения – процесс получится лавинообразным: больше нагрев – больше ток, а больший ток – это больший нагрев и так по кругу.
Стабилизируя ток, вы отчасти стабилизируете и температуру кристалла. Третья причина – это плохое охлаждение для светодиодов. Рассмотрим этот вопрос подробнее.
Решаем проблему охлаждения
Маломощные светодиоды, например: 3528, 5050 и им подобные отдают тепло за счёт своих контактов, да и мощность у таких экземпляров гораздо меньше. Когда мощность прибора возрастает, появляется вопрос отвода лишнего тепла. Для этого применяют системы пассивного или активного охлаждения.
Пассивное охлаждение – это обычный радиатор, выполненный из меди или алюминия. О преимуществах материалов для охлаждения ходят споры. Достоинством такого типа охлаждение является – отсутствие шума и практически полное отсутствие необходимости его обслуживания.
Установка LED с пассивным охлаждением в точечный светильник
Активная система охлаждения – это способ охлаждения с применением внешней силы для улучшения отвода тепла. В качестве простейшей системы можно рассмотреть связку радиатор + кулер. Преимуществом является то, что такая система может быть значительно компактнее чем пассивная, до 10 раз. Недостатком — шум от кулера и необходимость его смазки.
Как подобрать радиатор?
Расчет радиатора для светодиода процесс не совсем простой, тем более для начинающего. Для его выполнения нужно знать тепловое сопротивление кристалла, а также перехода кристалл-подложка, подложка-радиатор, радиатор-воздух. Чтобы упростить решение многие пользуются соотношением 20-30 см 2 /Вт.
Это значит, что на каждый ватт LED света нужно использовать радиатор площадью порядка 30 см 2 .
Естественно, такое решение не является уникальным. Если ваша осветительная конструкция будет использоваться в подвальном прохладном помещении можно взять меньшую площадь, но при этом убедитесь, что температура светодиода в пределах нормы.
Предыдущие поколения LED комфортно чувствовали себя при температуре кристалла 50-70 градусов, новые светодиоды могут переноситьтемпературу до 100 градусов. Проще всего определить – прикоснуться рукой, если рука едва терпит – всё в порядке, а если кристалл может вас обжечь – принимайте решение для улучшения условий его работы.
Считаем площадь
Допустим мы имеем светильник мощностью 3Вт. Площадь радиатора для светодиода 3Вт, согласно описанному выше правилу будет равна 70-100см 2 . С первого взгляда может показаться большой.
Но рассмотрим расчет площади радиатора для светодиода. Для плоского пластинчатого радиатора площадь считается:
a * b * 2 = S
Где a, b – длины сторон пластины, S – полная площадь радиатора.
Откуда взялся коэффициент 2? Дело в том, что у такого радиатора две стороны и они равносильно отдают тепло окружающей среде, поэтому полная полезная площадь радиатора равна площади каждой из его сторон. Т.е. в нашем случае нужна пластина с размерами сторон 5*10см.
Для ребристого радиатора полная площадь равна – площади основания и площадям каждого из рёбер.
Охлаждение своими руками
Простейшим примером радиатора будет «солнышко», вырезанное из жести или листа алюминия. Такой радиатор может охладить 1-3Вт светодиодов. Скрутив два таких листа между собой через термопасту, можно увеличить площадь теплоотдачи.
Это банальный радиатор из подручных средств, он получается довольно тонким и использовать его для более серьёзных светильников нельзя.
Сделать своими руками радиатор для светодиода на 10W таким образом будет невозможно. Поэтому можно применить для таких мощных источников света радиатор от центрального процессора компьютера.
Если если оставить кулер, активное охлаждение светодиодов позволит использовать и более мощные LED. Такое решение создаст дополнительный шум от вентилятора и потребует дополнительного питания, плюс периодическое ТО кулера.
Площадь радиатора для 10Вт светодиода будет довольно большой – порядка 300см 2 . Хорошим решением будет использование готовых алюминиевых изделий. В строительном или хозяйственном магазине вы можете приобрести алюминиевый профиль и использовать его для охлаждения мощных светодиодов.
Сделав сборку нужной площади из таких профилей, вы можете получить неплохое охлождение, не забудьте все стыки промазать хотя бы тонким слоем термопасты. Стоит сказать, что есть специальный профиль для охлаждения, который выпускается промышленно самых разнообразных видов.
Если у вас нет возможности сделать радиатор охлаждения светодиодов своими руками вы можете поискать подходящие экземпляры в старой электронной аппаратуре, даже в компьютере. На материнской плате расположены несколько. Они нужны для охлаждения чипсетов и силовых ключей цепей питания. Отличный пример такого решения изображен на фото ниже. Их площадь обычно от 20 до 60см 2 . Что позволяет охлаждать светодиод мощностью 1-3 Вт.
Еще один интересный вариант изготовления радиатора из листов алюминия. Такой метод позволит набрать практически любую необходимую площадь охлаждения. Смотрим видео:
Как закрепить светодиод
Существует два основных способа крепления, рассмотрим оба из них.
Первый способ – это механический. Он заключается в том, чтобы прикрутить светодиод саморезами или другим крепежом к радиатору, для этого нужна специальная подложка типа «звезда» (см. star). К ней припаивается диод, предварительно смазанный термопастой.
На «пузе» у светодиода есть специальный контактный пятачок диаметром как сигарета типа slim. После чего к этой подложке припаиваются питающие провода, и она прикручивается к радиатору. Некоторые светодиоды поступают в продажу уже закреплённые на переходной пластине, как на фото.
Второй способ – это клеевой. Он пригоден как и для монтажа через пластину, так и без неё. Но метал к металлу крепить не всегда получается, чем приклеить светодиод к радиатору? Для этого нужно приобрести специальный термопроводящий клей. Он может встречаться как в хозяйственной, так и в магазине радиодеталей.
Выглядит результат такого крепления следующим образом.
Выводы
Как вы могли убедится радиатор для светодиода можно найти как в магазине, так и порывшись в своих старых приборах, или просто в залежах всяких мелочей. Не обязательно использовать специальное охлаждение.
Площадь радиатора зависит от ряда условий, таких как влажность, температура окружающего воздуха и материал радиатора, но при бытовом решении ими пренебрегают.
Всегда уделяйте особое внимание проверке тепловых режимов ваших устройств. Таким образом вы обеспечите их надёжность и долговечность. Можно определять температуру рукой, но лучше приобретите мультиметр с возможностью её измерения.
Спасительная прохлада, или теплоотвод для мощных светодиодных матриц
Благодаря высокому световому потоку и длительному сроку жизни (порядка десятков тысяч, а то и сотен тысяч часов), светодиодные светильники являются очень конкурентоспособным решением. Тем не менее, у многих поставщиков и производителей светодиодных светильников возникают трудности при работе с новыми мощными светодиодами (от 20 Вт). И особенно частой проблемой является проектирование правильного и надежного отвода тепла. Неверно выбранный тепловой режим работы светодиода может привести к нежелательным последствиям. В первую очередь, перегрев может привести к выходу светодиода из строя. У всех светодиодов компании CREE критическая температура перехода — 150°С превышение этого порога приведет к выгоранию кристалла светодиода и долгому процессу ремонта.
Во-вторых, работа при повышенных температурах значительно уменьшает срок службы светодиодов (рисунок 1). На графике изображены зависимости для трех температур в «точке пайки» светодиода: 55, 85 и 105°С. Графики с пометкой LM-80 показывают время, в течение которого проводились испытания. Графики с пометкой TM-21 отображают снижение светового потока от изначального уровня в зависимости от времени. Как видно из графиков, при повышенной температуре работы срок службы светодиодов значительно сокращается: при 105°С срок службы светодиодов на 200 тысяч часов меньше, чем при температуре 85°С.
Также от температуры зависят следующие параметры светодиода:
Величина светового потока. На рисунке 2 изображена зависимость величины относительного светового потока от температуры для светодиодов серии MKR компании CREE. Как видно из графика, с увеличением температуры перехода светодиода величина светового потока уменьшается, и наоборот — при хорошем охлаждении поток возрастает.
Прямое падение напряжения. С изменением температуры меняется и величина прямого падения напряжения на светодиоде (Vf). С увеличением температуры напряжение уменьшается. Величина изменения напряжения зависит от конкретной модели. В таблице 1 приведены значения коэффициентов зависимости напряжения от температуры для серий светодиодов MKR и MKR2. Важно принимать во внимание значение данного параметра и выбрать драйвер для осветительной системы так, чтобы он мог обеспечивать необходимое напряжение во всем рабочем диапазоне температур светодиода.
Таблица 1. Значения коэффициентов зависимости напряжения от температуры для серий светодиодов MKR и MKR2
| Наименование | Коэффициент зависимости напряжения от температуры, мВ/°С |
|---|---|
| MKR | -7 |
| MKR2 | -28 |
Как видно из графиков (рисунки 1, 2), при температурах меньше 100°С световой поток уменьшается незначительно, а при температуре 85°С равен 100%. В последнее время тестирование светодиодов проходит при температуре перехода 85°С, поэтому при температурах ниже 85°С на графиках наблюдается увеличение светового потока. Данную температуру и будем считать рабочей температурой для светодиодов компании CREE.
Рис. 1. Время жизни светодиодов XPG, в зависимости от температуры
Рис. 2. Зависимость светового потока от температуры перехода на примере светодиода серии MKR
А теперь опишем методику расчета и подбора теплоотвода для мощных светодиодов. Светодиод, как и любой другой электронный прибор, не обладает значением КПД 100%, а это значит, что часть потребляемой мощности преобразуется в тепло. Современные светодиоды обладают КПД порядка 30…40%, то есть в среднем 60…70% потребляемой мощности преобразуется в тепло. К примеру, при использовании 20 ваттной светодиодной матрицы необходимо рассеивать 12 Вт тепла, а это довольно много. Компания CREE в документе «XLampThermalManagement» рекомендует пользоваться допущением, что в тепло преобразуется 75% потребляемой мощности, данное предположение позволяет перестраховаться при разработке теплоотвода. Мощность, которую требуется рассеивать, можно рассчитать по формуле:
(1)
Pt — тепловая мощность (Вт);
Vf — прямое падение напряжения на светодиоде (В);
If — ток через светодиод (А).
Перед описанием методики расчета системы охлаждения скажем несколько слов о теории теплопередачи.
Основной вклад в охлаждение светодиодных светильников вносят теплопроводность и конвекция.
Теплопроводность — это процесс передачи тепла от более нагретого тела к менее нагретому. В светильниках за счет прямого контакта тепло передается от светодиода в печатную плату, а затем — в радиатор, либо, если светодиод установлен непосредственно на радиатор, то сразу в радиатор. Для расчета количества тепла, переданного за счет теплопроводности, можно воспользоваться формулой:
(2)
Qcond — количество тепла, переданного через материал (Вт);
k — коэффициент теплопроводности материала (Вт/(м*К));
A — площадь пересечения материалов, через которую проходит тепло (м 2 );
DT — градиент температуры (К);
Dx — расстояние, которое проходит тепло (м).
Конвекция — это передача за счет движения потоков жидкостей или газов. Обычно в светодиодных светильниках это передача тепла от радиатора в окружающую среду (как правило, воздух). Существует два варианта конвекции: естественная и принудительная. При естественной конвекции тепло передается за счет уже существующих потоков воздуха, вызванных перепадом температур. В принудительной конвекции движение потоков жидкости или газов создается за счет дополнительных устройств, таких как вентилятор, насос и т.п.
Количество тепла, рассеянного при помощи конвекции, можно рассчитать по формуле:
(3)
Qconv — количество тепла, рассеянного при помощи конвекции (Вт);
h — коэффициент теплопередачи (Вт/(м 2 *К));
A — площадь поверхности излучающего элемента (м 2 );
DT — разница между температурой излучающего элемента и температурой окружающей среды (К).
Основная проблема в подсчете количества тепла, рассеянного при помощи конвекции — это определение коэффициента h. Значение коэффициента h может значительно меняться, в зависимости от геометрии радиатора, граничных условий и прочих параметров. К примеру, при естественной конвекции коэффициент h находится в пределах 5…20 Вт/(м 2 *К). А для систем с принудительной конвекцией коэффициент теплопередачи может достигать значений 100 Вт/(м 2 *К) при воздушном охлаждении, и вплоть до 1000 Вт/(м 2 *К) — при жидкостном. В светодиодном освещении обычно используется естественное воздушное охлаждение, для расчетов таких систем значение коэффициента теплопередачи можно принять равным 10 Вт/(м 2 *К).
Систему охлаждения светодиодов можно представить в виде эквивалентной схемы последовательно и параллельно подключенных тепловых сопротивлений. В качестве примера для составления эквивалентной цепи возьмем матрицу из n светодиодов, установленных на печатной плате, прикрепленной к радиатору (рисунок 3).
Рис. 3. Эквивалентная схема тепловых сопротивлений
В данном случае эквивалентная схема будет состоять из n тепловых сопротивлений «переход светодиода — контакт» (на схеме обозначены как Qj-sp), соединенных параллельно. Затем — из n тепловых сопротивлений «контакт — печатная плата» (Qsp-pcb). Также необходимо учесть тепловые сопротивления между печатной платой и теплопроводящим материалом (Qpcb-tim), между теплопроводящим материалом и радиатором (Qtim-hs) и, наконец, между радиатором и окружающей средой (Qhs-a).
В узлах этой эквивалентной схемы можно измерить температуру, к примеру, в точке Theatsink можно измерить температуру радиатора.
В случае, если в осветительном устройстве используется всего один светодиод, эквивалентная схема будет представлять собой цепочку тепловых сопротивлений, соединенных последовательно. В свою очередь, тепловое сопротивление всей системы охлаждения — это сумма всех тепловых сопротивлений. Для светильника из одного светодиода, установленного на печатную плату и на радиатор, тепловое сопротивление всех системы охлаждения высчитывается по следующей формуле:
Чем меньше значение полного теплового сопротивления, тем лучше тепло отводится от светодиода. Тепловое сопротивление между элементами a и b рассчитывается по формуле:
(4)
Qa-b — тепловое сопротивление между элементами a и b (°С/Вт);
Ta — температура элемента a (°С);
Tb — температура элемента b (°С);
Pt — мощность, рассчитываемая по формуле 1.
Компания CREE в документации на свои светодиоды предлагает график зависимости максимального тока от температуры. Пример такого графика изображен на рисунке 4. Зная максимальный ток и предположительную температуру окружающей среды, можно рассчитать значение мощности, которую необходимо рассеивать, и, соответственно, можно получить значение максимального теплового сопротивления системы охлаждения, что позволит подобрать радиатор и теплопроводящие материалы.
Рис. 4. Зависимость максимального тока от температуры для светодиодов MKR
Рассмотрим более подробно, какой вклад вносят в общее тепловое сопротивление такие элементы как печатная плата, теплопроводящие материалы и радиатор.
Печатная плата. Большинство светодиодов компании CREE необходимо устанавливать на плату (для подвода цепей питания светодиода и механического монтажа). От выбора материала печатной платы и топологии в значительной степени зависит тепловое сопротивление. К примеру, для стандартных плат FR4 тепловое сопротивление может составлять 20…80°С/Вт, в то время как для плат на металлической подложке тепловое сопротивления будет составлять единицы °С/Вт. Компания CREE предлагает руководство «optimizing pcb Thermal performance» по проектированию печатных плат для светодиодов, в нем изложены рекомендации к топологии печатной платы для уменьшения теплового сопротивления. Также можно использовать светодиоды, монтируемые непосредственно на радиатор. В этом случае печатная плата не будет вносить вклад в суммарное тепловое сопротивление.
Теплопроводящие материалы необходимы для создания хорошего теплового контакта между печатной платой и радиатором или между светодиодом и радиатором. Помимо создания надежного теплового контакта, некоторые теплопроводящие материалы, в зависимости от дизайна охлаждающей системы, могут выполнять и другие функции, такие как изоляция электрических узлов схемы или создание механического крепления. Ниже в таблице 2 представлены характеристики основных теплопроводящих материалов.
Таблица 2. Характеристики теплопроводящих материалов
| Теплопроводящий материал | Преимущества | Недостатки |
|---|---|---|
| Термопасты | Высокое значение объемной теплопроводности, маленькая величина клеевого слоя, низкая вязкость, не затвердевают | Считаются довольно грязным при произвостве |
| Материалы с изменением фазы | Высокая вязкость дает более высокую надежность по сравнению с термопастами, гораздо удобнее в использовании, нет расслоения | Более низкая теплопроводность, по сравнению с термопастами, поверхностное сопротивление может быть больше, чем у термопаст, необходимо приложение давления для повышения эффективности |
| Гели | Хорошо заполняют неровности поверхности | Более низкая теплопроводность по сравнению с термопастами, меньшее сцепление, чем у термоклеев |
| Термоклеи | Хорошо заполняют неровности поверхности | Необходим процесс очистки |
При выборе теплопроводящего материала необходимо учесть многие параметры, не только величину теплопроводности. Часто упускают из виду толщину клеевого слоя материала, а как следует из формулы (5), приведенной ниже, тепловое сопротивление напрямую зависит от этого параметра. Производители теплопроводящих материалов предоставляют информацию об основных параметрах в документации, и для верного выбора теплопроводящего материала очень важно понимать влияние каждого из этих параметров на работу системы охлаждения. Иногда более тонкий клеевой слой с плохим значением теплопроводности имеет более низкое тепловое сопротивление по сравнению с более толстым слоем, но с лучшим значением теплопроводности. Оба этих условия необходимо учитывать при выборе материалов. Тепловое сопротивление теплопроводящего материала описывается формулой:
(5)
Qtim — тепловое сопротивление теплопроводящего материала (°С/Вт);
L — толщина слоя (м);
K — теплопроводность (Вт/м*К);
A — площадь контакта (м 2 ).
Радиатор — это, пожалуй, самый важный элемент в системе охлаждения светодиода; он отводит тепло от печатной платы или напрямую от светодиода, и рассеивает тепло в воздухе. К радиатору предъявляются следующие требования: материал радиатора должен быть с высоким значением теплопроводности, площадь поверхности радиатора должна быть максимальной. Помимо охлаждения, радиатор может выполнять и другие функции, наиболее часто он может выступать в роли корпуса либо держателя. В таблице 3 указаны теплопроводности некоторых материалов. Причем радиаторы из одного и того же материала, но сделанные при различных способах обработки поверхности, могут обладать разными коэффициентами теплопроводности. К примеру, радиатор из анодированного алюминия за счет излучения обладает большим коэффициентом теплопроводности, чем обычный алюминиевый радиатор.
Таблица 3. Теплопроводность некоторых материалов
| Материал | Теплопроводность, Вт/(м*K) |
|---|---|
| Воздух | 0,024 |
| Алюминий | 120…240 |
| Керамика | 15…40; 100…200 |
| Проводящие полимеры | 3…20 |
| Медь | 401 |
| Нержавеющая сталь | 16 |
| Термопаста/эпоксидные смолы | 0,1…10 |
| Вода | 0,58 |
Часто к светодиодным светильникам предъявляются довольно серьезные требования по габаритам, вследствие чего может возникнуть потребность в проектировании радиатора под конкретные требования. При проектировании радиатора требуется учесть вес конечного изделия, стоимость, тепловые параметры, возможность дальнейшего производства.
Обычно используются литые или кованые алюминиевые радиаторы. Анодированный алюминиевый радиатор обладает большим коэффициентом излучения.
Проектирование радиатора может быть довольно сложным занятием, в котором необходимо учитывать габаритные ограничения, стоимость, вес, возможность серийного производства. Ниже даны несколько рекомендаций по проектированию радиаторов:
- площадь поверхности радиатора должна быть максимально большой;
- в качестве грубой оценки можно взять следующее предположение: на 1Вт рассеиваемого тепла требуется радиатор площадью 32…65 см 2 ;
- для верного расположения радиатора, для обеспечения хорошего потока воздуха между его ребрами необходимо хорошо представлять, как, в конечном итоге, будет крепиться светодиодный светильник;
- необходим материал с хорошей теплопроводностью;
- используйте радиаторы с хорошим коэффициентом излучения. Анодирование резко увеличивает коэффициент излучения тепла алюминиевого радиатора;
- используйте программы для моделирования систем охлаждения;
- выберите метод производства радиатора. Некоторые способы производства радиаторов могут накладывать ограничения на толщину и длину ребер радиатора, используемые материалы. Наиболее распространенные методы производства: штамповка, литье, ковка. Каждый метод производства обладает своими плюсами и минусами.
Принудительное охлаждение
Скажем несколько слов об активном охлаждении, варианты которого рассмотрены в таблице 4.
Таблица 4. Виды принудительного охлаждения
| Тип | Рассеиваемая тепловая мощность, Вт | Описание |
|---|---|---|
| Кулер | <170 | Монтируется непосредственно на радиатор. Необходимо дополнительное питание. |
| Тепловые трубки | <140 | Тепловые трубки не рассеивают тепло, они переносят его в другое место, так что радиатор все равно необходим. |
| Жидкостное охлаждение | <200 | Предназначено для отвода большого количества тепла, довольно дорогое решение, примерно в 10 раз дороже, чем тепловые трубки. |
| Модули Пельтье | <80 | Неэффективны, ограниченное охлаждение, дороговизна. Необходимо дополнительное питание. |
| Струйное охлаждение | <80 | Сравнимо с кулером, но работает более тихо и обладает высокой надежностью. Требуется специальный дизайн радиатора. |
| Системы охлаждения SynJet | <240 | Меньшие габариты по сравнению с обычными радиаторами.Тише по сравнению с кулерами. Долгий срок службы. К минусам можно отнести необходимость отдельного источника питания. |
Если естественного охлаждения недостаточно для отвода тепла, то требуется использовать принудительное охлаждение. Существует множество вариантов активного охлаждения — от кулеров до водяного охлаждения. Если применение активного охлаждения неизбежно, следует учесть то, что светодиоды могут работать в течение десятков…сотен тысяч часов, поэтому следует предусмотреть наличие системы защиты светодиодов от перегрева при выходе из строя устройств активного охлаждения, иначе выход из строя устройств принудительного охлаждения практически сразу же повлечет за собой выход из строя светодиода из-за перегрева. Помимо срока службы, важными параметрами являются эффективность, надежность, низкий уровень шума, цена, удобство при обслуживании, потребляемая мощность. Зачастую устройства принудительного охлаждения требуют дополнительного питания, это приводит к снижению КПД системы в целом.
Несколько примеров расчета теплоотвода
Пример расчета теплоотвода для CXA1304. Данные светодиоды монтируются непосредственно на радиатор (рисунок 5).
Рис. 5. Монтаж светодиода CXA1304 на радиатор
Эквивалентная схема расчета теплового режима для данного случая состоит из теплового сопротивления «переход — контактная площадка светодиода», теплового сопротивления «контактная площадка — теплопроводящий материал», сопротивления «теплопроводящий материал — радиатор» и, наконец, из теплового сопротивления «радиатор — воздух» (рисунок 6).
Рис. 6. Эквивалентная схема для светодиода CXA1304
Произведем расчет для температур окружающего воздуха 25°С и 55°С. Предположим, что светодиод работает при максимальном токе, и что температура перехода равна 85°С. Используя приложение PCT на сайте CREE (http://pct.cree.com/), получим значение Vf для температуры перехода при максимальном токе, данные занесены в таблицу 5. В качестве теплопроводящего материала будем использовать самую распространенную термопасту КПТ-8, теплопроводность примем равной 0,7 Вт/(м*°С).
Таблица 5. Данные для расчета светодиода CXA1304
| Температура перехода, °С | 85 |
| If, A | 0,25 |
| Vf, В | 43,7 |
| P = Af х Vf, Вт | 10,92 |
| Pdiss = 0,75 х P, Вт | 8,19 |
| Площадь контакта светодиода, мм 2 | 178,22 |
Для светодиодов серии CXA в документации не указано значение теплового сопротивления «переход — контактная площадка». Для определения параметров системы рекомендуется использовать график, из которого можно получить значение максимального теплового сопротивления между контактом светодиода и воздухом (рисунок 7).
Рис. 7. Значение максимального теплового сопротивления между контактом светодиода и воздухом
Из данного графика получим, что для температуры воздуха 25°С максимальное сопротивление будет составлять 6°С/Вт, а для 55°С — 2°С/Вт. Рассчитаем тепловое сопротивление теплопроводящего материала, используя формулу (5). Толщину слоя термопасты примем равной 0,1 мм. Тогда значение теплового сопротивления будет следующим: Qtim = 0,8°С/Вт.
Следовательно, для случая 25°С значение теплового сопротивления радиатора должно быть меньше 5,2°С/Вт, для 55°С — меньше либо равно 1,2°С/Вт. Для примера будем использовать радиаторы компании MechaTronix (http://www.led-heatsink.com/). Для 55°С в качестве радиатора подойдет LPF11180-ZHE (рисунок 8). Тепловое сопротивление данного радиатора — 1,07°С/Вт. Для случая с температурой в 25°С выбор радиаторов более широк.
Рис. 8. Радиатор LPF11180-ZHE производства компании MechaTronix
Теперь рассмотрим расчет системы охлаждения для светодиодов MK-R2 и CXA3070 (также для двух вариантов температур). Данные для расчетов занесены в таблицу 6.
Таблица 6. Расчет системы охлаждения для светодиодов MK-R2 и CXA3070 для двух вариантов температур
| Параметр | Наименование | ||
|---|---|---|---|
| MK-R2 | CXA3070 | ||
| Максимальный ток, А | 0,42 | 0,7 | |
| Прямое падение напряжения, В | 37,86 | 34,28 | |
| Температура перехода, °С | 85 | 85 | |
| Площадь контактной поверхности, мм 2 | 29,5 | 748 | |
| Рассеиваемая мощность, Вт | 11,93 | 18 | |
| Тепловое сопротивление Tj-sp, °С/Вт | 1,7 | — | |
| Полное тепловое сопротивление, °С/Вт | для 25°С | 5 | 4,5 |
| для 55°С | 4,6 | 3 | |
| Тепловое сопротивление теплопроводящего материала, °С/Вт | 0,8 | 0,2 | |
| Тепловое сопротивление печатной платы, °С/Вт | 3 | — | |
| Тепловое сопротивление радиатора, °С/Вт | для 25°С | 1,2 | 4,3 |
| для 55°С | 0,8 | 2,8 | |
Для светодиода MK-R2 в случае, если температура окружающей среды будет 55°С, температура перехода будет выше, чем 85°С. В таблице 6 указаны данные, когда температура перехода светодиода будет составлять 110°С. Также, в силу того, что светодиод MK-R2 сначала монтируется на печатную плату, а затем уже на радиатор, в эквивалентной схеме появляется еще одно тепловое сопротивление. В таблице 6 указано тепловое сопротивление для платы с металлическим основанием. В последней строчке указано, каким тепловым сопротивлением должен обладать радиатор. Для охлаждения этих светодиодов подойдет радиатор SpotLight Led HeatSink 34W компании Nuventix (nuventix.com).
Для данных светодиодов CXA3070 предложим несколько вариантов охлаждения и сравним их характеристики. Для охлаждения этих светодиодов возьмем обычный радиатор, радиатор с кулером и систему охлаждения SynJet производства компании Nuventix.
Вариант с пассивным охлаждением является наиболее простым, так как не требует дополнительных источников питания, но для отвода значительного тепла может потребоваться достаточно большой радиатор, а это ведет к увеличению стоимости и делает осветительный прибор довольно массивным и крупным. Поэтому пассивное охлаждение лучше всего применять для маломощных систем освещения. Для охлаждения же светодиода CXA3070 подойдет радиатор LSB99. Данный радиатор обладает следующими габаритами: диаметр 100 мм высота 50 мм, вес радиатора 470 г, что значительно тяжелее по сравнению с активным охлаждением.
Для активного охлаждения с кулером используем сборку радиатора и кулера LA003-005. Для питания кулера потребуется дополнительный источник питания на 12 В мощностью 0,3 Вт, габариты системы охлаждения составят 86 мм в диаметре и 52 мм в высоту, вес в пределах 300 г. Наличие кулера создает дополнительный шум, заявленное время работы кулера при температуре 60°С — около 70 тысяч часов.
Для охлаждения системой SynJet потребуется модуль SynJet Par20 Cooler 24. Максимально возможная мощность рассеивания составляет 24 Вт. Габариты всего светильника в сборе будут лежать в пределах 45 мм в высоту и 65,5 мм в диаметре при весе в 140 г. Но для принудительного охлаждения потребуется дополнительный источник питания на 12 или 5 В, мощностью 1 Вт, из-за этого в целом энергоэффективность системы немного снижается. Заявленное время работы такой принудительной системы охлаждения — порядка 100 000 часов.
Надежность и долговечность работы светодиодных устройств напрямую зависит от качества проектирования системы охлаждения, вот почему так важно уделить особое внимание проектированию надежного теплоотвода. Для охлаждения маломощных светодиодных систем будет вполне достаточно обычного радиатора, для отвода тепла от мощных светильников в некоторых случаях может потребоваться активное охлаждение. Также при разработке новых осветительных устройств настоятельно рекомендуется проводить расчеты и моделирование системы охлаждения. На сайте компании CREE предоставляется множество методик расчетов теплоотвода и полезных приложений для правильного подбора охлаждающих элементов.
Теплоотводы для светодиодов .
Привет пикабушники, народ просит поделиться моими радиаторами для светодиодов .
Итак первый на отрезке консервной банки ,,сделан в 2012 году -переделка светильника дневного света в светодиодный .Диоды 3 ватта на звезде ,,драйвер LM317 Два драйвера и 6 диодов .
Водяное охлаждение ..сделано в 2013 где то работало 2 года . снял после ремонта и замены на магазинные . 9 ватт .вода нагревается до 30 градусов
10 ватт матрица нагревается до 45 градусов
Радиатор кондиционера ,из него можно клепать мощные радиаторы для 100 ватных матриц
а можно и для 3 ватт приклеить
10 ватт матрица на радиаторе от компа
6.6K постов 38.1K подписчика
Правила сообщества
ЕСЛИ НЕ ХОТИТЕ, ЧТОБЫ ВАС ЗАМИНУСИЛИ НЕ ПУБЛИКУЙТЕ В ЭТОМ СООБЩЕСТВЕ ПРОСЬБЫ О ПОМОЩИ В РЕМОНТЕ, ДЛЯ ЭТОГО ЕСТЬ ВТОРОЕ СООБЩЕСТВО:
Посты с просьбами о помощи в ремонте создаются в дочернем сообществе: https://pikabu.ru/community/HelpRemont
К публикации допускаются только тематические статьи с тегом «Ремонт техники».
В сообществе строго запрещено и карается баном всего две вещи:
В остальном действуют базовые правила Пикабу.
ТВ, водяное охлаждение напомнило:
PS Раскуроченный радиатор — вообще за гранью добра и зла. В общем, Колхоз Entertainment.
Я на такой вешал 2 матрицы 50 ватт на одну секцию, прожили несколько месяцев.
Мне вот одно не понятно. Если светодиоды такие экономичные, то почему они столько тепла выделяют? Дома все лампочки светодиодные, а на Майбах еще не наэкономил. Надо будет как-то реально проверить что они потребляют из розетки, что им с трех ватт удается так нагреться.
Последняя супер. Остальное . ну пойдет с натяжкой, так себе
я 20-ваттные сборки присандалил к алюминиевому правилу, 4 штуки на полтора метра. Идея оказалась не очень)
Я на ровно то же с вентилятором штатным ещё от 478 сокета(весь кулер, и радиатор, и вентилятор) повесил 100вт матрицу(они самые дешёвые с али) — работает хорошо, греется слабее куда, градусов 40.
Желательно так не делать.
у меня 10вт матрица разогревает радиатор от проца до 70гр
Собрано из говна и палок 🙂
подскажите как подбирать драйвера для светодиодов? Хочется углубиться в эту тему, а вот с драйверами непонятно.
5000 человек накормила якутская предпринимательница. Теперь помощь нужна ей самой
Предпринимательница Ирина Гузова 5 лет назад открыла в Якутске социальную столовую. Это единственный на всю Якутию социальный объект, где бесплатными обедами кормят одиноких пенсионеров, инвалидов, многодетных, погорельцев и тех, кто оказался в сложной жизненной ситуации.
Ирина Борисовна в 2017 году решила не ждать государственных грантов, начать работать, а там – как пойдет. Потом социальное начинание всё-таки получило небольшой грант. Вначале люди ходили на обеды несмело, стеснялись, но их убедили: трудности бывают у всех, ничего страшного в том, чтобы поесть бесплатно, нет. Кормили в столовой трижды в неделю – по вторникам, четвергам и субботам, потому что грант в итоге сильно урезали: вместо 5,5 миллионов дали всего 1,2. Этих денег хватило на полгода.
Что делают бизнесмены, когда их бизнес становятся нерентабельным? – Закрывают его. Что сделала Ирина, когда деньги кормить людей кончились? – Продала квартиру и сама встала за плиту.
За прошедшие годы женщина не раз обивала пороги различных инстанций с просьбой поддержать проект. Но безуспешно – постоянного финансирования у столовой так и не появилось. Летом 2022 году у столовой был очередной кризис, и в сентябре её пришлось закрыть – денег на обеды больше неоткуда было взять. Ирина Борисовна говорит, это был тяжёлое время: посетители продолжали приходить и спрашивать, когда откроется столовая.
Ирина Борисовна не может не работать. 11 октября, после недолгого перерыва, столовая снова заработала, и она вышла на работу, насколько хватит ресурсов.
К сожалению, Ирина Борисовна с лета 2021 года серьёзно больна, у неё 4 стадия онкологии. «Когда мне поставили диагноз, родственники сказали: продавай всё и занимайся собой. Но я так не могу. Дома просто так сидеть – с ума сойдешь, а тут на людях, делом занимаешься», – говорит Гузова.
В 2020 году наш проект «Подвиги» познакомился с Ириной Борисовной лично (на сайте есть большое интервью), она стала героиней нашей книги. И вот такой портрет для книги «100 подвигов обычных людей» написала художница Кристина Шахова.
А так наша героиня выглядит сейчас:
Несколько дней назад мы вновь общались. Ещё летом и управление соцзащиты, и администрация обещали ей найти возможности и помочь. Но на момент подготовки материала поддержки не оказано. Помощь идёт от простых людей, от представителей малого бизнеса, которые понимают, как тяжело рождаются и выживают социальные проекты.
Вы тоже можете поддержать замечательный проект Социальная столовая и лично Ирину Борисовну по ссылке на страницу ВК.
Как подобрать и установить радиатор для светодиодов?
Светодиоды считаются одним из наиболее эффективных источников света, их световой поток доходит до фантастических значений, порядка 100 Лм/Вт. Люминесцентные лампы выдают в два раза меньше, а именно 50-70 Лм/Вт. Однако для долгой работы светодиода нужно выдерживать их тепловые режимы. Для этого применяются фирменные или самодельные радиаторы для светодиодов.
Особенности применения радиатора для светодиодов
Полупроводниковые устройства не имеют 100%-ного КПД. Часть получаемой энергии преобразуется в тепло, которое выделяется в окружающую среду. Величина КПД определяется типом диода. Например, слаботочные приборы имеют эффективность 10-15%. У белых светодиодов КПД составляет 30%. Остальная энергия преобразуется в тепло.
При продолжительной работе температура элемента повышается. Для рассеивания лишнего тепла применяется радиатор. В маломощных системах его роль играют выводы. В мощные приборы устанавливается дополнительный теплоотвод. Такая технология увеличивает срок службы в 1,5-2 раза.
Система Толстопленочных Материалов.
- Аддитивный процесс
– Толстая пленка – это процесс селективного осаждения добавки, при котором материал используется только там, где это необходимо. Обеспечивается более прямое подключение к алюминиевому радиатору; поэтому материал теплового интерфейса не требуется для построения схемы. Уменьшает теплорассеивающие слои и тепловой след. Стадии обработки сокращаются вместе с количеством материалов и количеством потребляемых материалов. - Изолированная система алюминиевых материалов
– увеличивает тепловую связь и обеспечивает высокую прочность на разрыв. Материалы можно обжигать при температуре менее 600 ° C. Цепи встроены непосредственно в алюминиевые подложки, что исключает необходимость в материалах для теплового интерфейса . Благодаря улучшенным тепловым связям температура соединения светодиода может быть уменьшена до 10 ° C. Это позволяет разработчику уменьшить количество светодиодов на плате, увеличив мощность каждого светодиода; или уменьшить размер подложки, чтобы управлять размерными ограничениями. Также доказано, что снижение температуры соединения светодиода значительно увеличивает срок его службы.
Разновидности радиаторов
Для отведения тепла применяется 3 типа устройств:
- стержневые;
- пластинчатые;
- ребристые.
Тип упаковки
- Флип-чип
– концепция похожа на флип-чип в конфигурации корпуса, широко используемой в промышленности кремниевых интегральных схем . Вкратце, светодиодная матрица собирается лицевой стороной вниз на вспомогательном креплении, которое обычно является кремниевым или керамическим , действующим в качестве распределителя тепла и поддерживающей подложки. Откидное соединение может быть эвтектическим , с высоким содержанием свинца , бессвинцовым припоем или золотой заглушкой, Основной источник света исходит от задней стороны светодиодного чипа, и между излучателем света и паяными соединениями обычно имеется встроенный отражающий слой для отражения света, излучаемого вниз. Несколько компаний приняли пакеты с перевернутыми кристаллами для своих мощных светодиодов, обеспечивающих снижение теплового сопротивления светодиода примерно на 60% при сохранении его тепловой надежности.
Из чего изготавливаются?
Для охлаждения светодиодных элементов мощностью более 10W применяют алюминиевые радиаторы. Монтаж медного радиатора оправдан при изготовлении компактного светильника.
Из алюминия
Показатель теплопроводности этого металла составляет 200-235 Вт/м*К. Этот коэффициент у алюминия в 2 раза выше, чем у латуни и стали. Кроме того, материал легко поддается обработке. Для повышения теплопроводности радиаторную конструкцию анодируют (окрашивают в черный цвет).
Из керамики
Для производства радиаторов этот материал стал использоваться недавно. Керамика имеет среднюю теплопроводность, однако характеризуется низкой шероховатостью и не проводит электрический ток.
Из меди
Коэффициент теплопроводности металла достигает 400 Вт/м*К. В этом плане материал уступает только серебру. Однако медные радиаторы выпускаются намного реже, чем алюминиевые.
- большим весом конструкции;
- сложностью механической обработки;
- высокой стоимостью материала.
Использование меди повышает себестоимость осветительного прибора, делая его неконкурентоспособным.
Из термопластика
Теплопроводные полимеры уступают алюминию, однако имеют меньшие вес и стоимость. Производители светодиодных приборов используют материал для создания корпусов. При изготовлении светильников мощностью более 10 Вт термопластик не может конкурировать с металлами.
Первый способ самостоятельной сборки
Самой простой конструкцией для самодельного радиатора, конечно же, будет круг. Его можно вырезать следующим образом:
- из листа алюминия вырезаем круг и делаем на нем необходимое количество надрезов;
Разрезаный круг из алюминия
- далее отгибаем немного сектора. В результате получается некое подобие вентилятора;
- по осям необходимо отогнуть 4 усика. С их помощью устройство будет крепиться к корпусу лампы;
- светодиоды на таком радиаторе можно закрепить при помощи термопасты.
Готовый радиатор для диодов круглой формы
Как видим, это достаточно простой способ изготовления.
Охлаждение мощных светодиодов
Для отведения тепла применяются принудительные или естественные системы. Использование второго варианта при изготовлении осветительных приборов мощностью более 50W нецелесообразно. Габариты радиаторов достигают 20-30 см, вес – 0,5 кг. В таком случае устройства совмещают с компактными вентиляторами. Прибор требует подведения питающего кабеля. Кроме того, светильник снабжается системой аварийного отключения, которая срабатывает в случае поломки вентилятора.
Существует и другой метод охлаждения мощных светодиодных элементов – установка готового устройства SynJet.
Главными преимуществами модуля являются:
- увеличенная производительность;
- минимальное тепловое сопротивление;
- небольшой вес.
Габариты устройства зависят от модели. Недостатками считаются высокая цена и необходимость подключения дополнительного источника питания. Обеспечить самый лучший тепловой контакт модуля с подложкой диода невозможно, поэтому поверхности покрывают термопастой. Качественный состав характеризуется низкой вязкостью, неспособностью к затвердеванию.
Выводы
Как вы могли убедится радиатор для светодиода можно найти как в магазине, так и порывшись в своих старых приборах, или просто в залежах всяких мелочей. Не обязательно использовать специальное охлаждение.
Площадь радиатора зависит от ряда условий, таких как влажность, температура окружающего воздуха и материал радиатора, но при бытовом решении ими пренебрегают.
Всегда уделяйте особое внимание проверке тепловых режимов ваших устройств. Таким образом вы обеспечите их надёжность и долговечность. Можно определять температуру рукой, но лучше приобретите мультиметр с возможностью её измерения.
Оцените, пожалуйста, статью. Мы старались:)
Понравилась статья? Расскажите о ней! Вы нам очень поможете:)
Как рассчитать площадь?
Применяют 2 способа вычисления параметра:
- проектный, при котором определяют геометрические размеры конструкции при требуемом температурном режиме;
- проверочный, предполагающий выполнение расчетов в обратной последовательности (при данных размерах радиатора вычисляют количество тепла, которое конструкция способна рассеивать).
Применение того или иного способа зависит от имеющихся исходных параметров. Точный расчет является более сложной задачей.
Точный расчет
Около 70% потребляемой мощности преобразуется в тепло. При расчете параметров радиатора нужно знать количество рассеиваемой энергии.
Для его вычисления применяют формулу Т=k*UПР*IПР, где:
- PТ – преобразующаяся в тепло мощность (Вт);
- UПР – снижение напряжения при прохождении номинального тока по светодиоду (В);
- k – процент энергии, превращающейся в тепло (для мощных приборов составляет 0,7-0,8);
- IПР – номинальный ток (А).
На следующем этапе рассчитывают количество препятствий, находящихся на пути теплового потока. Каждый из таких объектов является сопротивлением, обозначаемым символами Rθ.
Систему охлаждения представляют как схему из параллельно-последовательного включения Rθja= Rθjc+ Rθcs+ Rθsa, где:
- Rθjc – сопротивление корпус-переход;
- Rθsa – радиатор-воздух;
- Rθcs – корпус-теплоотвод.
Если диод монтируется на печатную плату с использованием термопасты, их сопротивления также учитывают. Для вычисления значения Rθsa последовательно используют несколько формул.
Сначала – Rθja=(Tj-Ta)/Pт, где
- Rθja – сопротивление переход-воздух;
- Tj – наибольшая температура (справочное значение);
- Ta – показатель нагрева расположенных возле радиатора областей.
На втором этапе применяют формулу Rθsa= Rθja-Rθjc-Rθcs, где Rθjc и Rθcs – справочные величины. По рассчитанному Rθsa выбирают радиатор. Заявленный производителем параметр должен быть меньше полученного.
Приблизительный
Некоторые домашние мастера применяют радиаторы, извлеченные из старых электронных устройств. Для подсчета рассеиваемой такими деталями энергии используют формулу, не отличающуюся высокой точностью вычислений: Rθsa=50/√S, где S – площадь поверхности радиатора. Подставляя значение, полученное с учетом ребер и боковых граней, рассчитывают тепловое сопротивление.
Максимальную мощность вычисляют по формуле Pт=(Tj-Ta)/Rja. При расчете не учитывают множество факторов, отражающихся на работе системы охлаждения, – температурный режим светодиодов, направление ребер радиатора. Поэтому полученное значение умножают на 0,7.
Зачем необходим теплоотводник
Прежде чем приступить к самостоятельной сборке теплоотводника для светодиодов, необходимо знать особенности самого источника света. Светодиоды представляют собой полупроводники, которые имеют две ножки (“+” и “-”) т.е. они обладают полярностью.
Чтобы правильно изготовить для них радиатор, необходимо провести определенный расчет. В первую очередь этот расчет должен включать измерения напряжения, а также силу тока. Кроме этого необходимо помнить, что любое электроемкое устройство, включая светодиоды, отличает тенденцией к нагреванию. Поэтому здесь и нужна система охлаждения. Проводя расчет, помните — лишь 1/3 от указанной мощности источника света будет преобразоваться в световой поток (например, 3-3,5 из 10w). Поэтому основная часть составит тепловые потери. Для того чтобы минимизировать теплопотери и используют радиаторы.
Обратите внимание! Перегревание светодиода приводит к уменьшению его срока эксплуатации. Поэтому использование радиатора позволяет еще и продлить «жизнь» источнику света.
Поэтому схемы светодиодов иметь комплекс охлаждения всех основных элементов. Сегодня для охлаждения элементов электросхемы, в которую входят светодиоды, можно использовать три варианта теплоотведения:
- через корпус прибора (не всегда можно реализовать);
- через печатную плату. Охлаждение ведется через неосновные проводящие дорожки, по которым течет ток;
- с помощью радиатора. Он подходит как к платам, так и к светодиодам.
Обратите внимание! В последней ситуации необходимо правильно провести расчет того, какой именно площади он должен быть.
Радиатор на светодиодах
Самым эффективным способом охлаждения светодиодов является использование радиатора, который легко можно соорудить самостоятельно. Главное помните, что на работу теплоотводчика влияет форма и количество ребер.
Как сделать радиатор для светодиода своими руками?
Собрать простую алюминиевую конструкцию для маломощного осветительного прибора несложно. Для этого потребуется металлическая лента толщиной 2-3 мм.
Радиатор изготавливают так:
- Делают на пластине надрезы с шагом 5 мм. Полученные сектора загибают, придавая конструкции вид крыльчатки.
- Формируют отверстия для фиксации радиатора.
Сделать радиатор для светильника мощностью 10 Вт сложнее. Для этого потребуется 1 м алюминиевого профиля толщиной 2 мм, шириной 2 см. Сначала полосу разрезают на 8 частей. Отрезки укладывают друг на друга, делают сквозное отверстие, закрепляют элементы болтом с гайкой. Одну грань шлифуют для фиксации светодиодной ленты. Разгибают пластины в разные стороны. В местах установки модуля проделывают отверстия. Обрабатывают самодельный радиатор термоклеем, устанавливают матрицу, которую закрепляют саморезами.
Второй способ самостоятельной сборки
Охлаждающий аппарат, который будет подключаться к светодиодам, можно самостоятельно сделать их куска трубы, которая имеет прямоугольное сечение, а также из алюминиевого профиля. Здесь вам понадобятся:
- пресс-шайба с диаметром 16 мм;
- труба 30х15х1,5;
- термопаста КТП 8;
- Ш-образный профиль 265;
- термоклей;
- саморезы.
Делаем радиатор следующим образом:
- в трубе просверливаем три отверстия;
Вариант трубы для радиатора
- далее сверлим профиль. С его помощью будет осуществляться крепление к лампе;
- светодиоды крепим к трубе, которая будет выступать в качестве основания теплоотводчика, с помощью термоклея;
- в местах соединения элементов радиатора наносим слой термопасты КТП 8;
- осталось собрать конструкцию с помощью саморезов, оснащенных пресс шайбой.
Данный способ будет несколько сложнее в реализации, чем первый вариант.
Как крепить светодиоды к радиатору?
Применяют 2 способа фиксации элементов:
- Механический. Диоды прикручивают саморезами или болтами с использованием специальных подложек. К ним припаивают осветительные элементы, обработанные термопастой. Светодиод снабжен контактной площадкой диаметром около 5 мм. Некоторые элементы продаются прикрепленными к переходной подложке.
- Клеевой. Выполняется как с использованием пластины, так и без нее. Для этого приобретают теплопроводный клей.
Первый способ считается более надежным.
Алюминиевые приспособления
Радиатор для светодиодов, пользующийся наибольшей популярностью, выполнен из алюминия. Главным минусом прибора является то, что он состоит из ряда слоев. Это неизбежно вызывает переходные тепловые сопротивления, преодоление которых возможно посредством дополнительных теплопроводных материалов: веществ на клею, изоляционных пластин, материалов для заполнения воздушных промежутков.
Алюминиевый радиатор для светодиодов используется чаще других. Он подвержен прессовке и прекрасно справляется с отводом тепла.
Для активного уровня охлаждения, как правило, требуется плоский лист из алюминия, размер которого не больше, чем размер светильника. Лист обдувается вентилятором.
Подходящей температурой для функционирования светодиода считается показатель 65 °С. Однако чем ниже температура, тем выше уровень КПД устройства и больше его ресурс. Оптимальной температурой поверхности радиатора считается показатель 45 °С, но не выше. Для диода мощностью 1 W надо произвести установку на радиатор из алюминия. Площадь радиатора составляет 30-35 см2. Радиатор светодиода 3 W потребует увеличения площади вдвое и будет составлять 60-70 см2.
В качестве радиатора лучше всего подходит устройство из алюминия как наиболее легкое и относительно недорогое. При расчете прибора для светодиодных матриц берется пропорция 35 см на 1 W.
Для систем охлаждения активного характера площадь радиатора может быть меньше в 10 раз. На светодиод 1 W хватает 3-3,5 см2.
Для примера рассмотрим радиатор «звезда» для светодиодов. Устройство используется для отведения тепла от светодиода и представляет собой небольшой радиатор. Его основу составляет пластина из композитного материала — использован алюминий, отводящий тепло от светодиода, и фольга из меди с контактными площадками. Радиатор монтируют на светодиоды с высоким показателем мощности (1-3 Вт).
Второй метод вычисления
Существует и другая простая формула, котрая получена путем экспериментов.
S = [22 – (M x 1,5)] x W, где S является показателем площади теплообменника,W – подведенной мощностью (Вт), а M – незадействованной мощностью светодиода.
Для ребристого типа радиатора, сделанного на основе алюминия, можно использовать данные, предоставленные инженерами из Тайваня. Данные не обладают точностью, так как указаны в диапазонах с большим показателем разбега. К тому же определение подходит для климатических условий Тайваня. Их можно брать за основу только при проведении предварительных подсчетов.
Дешевые теплоотводчики для любительских самооделок
Специально для радиолюбителей, которые любят экспериментировать с разными материалами для отвода тепла и при этом не хотят тратить деньги на дорогостоящие готовые изделия, дадим несколько рекомендаций по поиску и изготовлению радиаторов своими руками. Для охлаждения светодиодных лент и линеек прекрасно подойдёт мебельный профиль из алюминия. Это могут быть направляющие для шкафов-купе или кухонная фурнитура, остатки которой можно купить по себестоимости в мебельном магазине.
Для охлаждения светодиодных матриц 3-10 Вт подойдут радиаторы из советских магнитофонов и усилителей, которых более чем достаточно на радиорынках каждого города. Также можно использовать запчасти от старой оргтехники.
Самодельное охлаждение для 50 Вт светодиода можно сделать из радиатора от неисправной бензопилы, газонокосилки, распилив его на несколько частей. Купить такие запчасти можно в ремонтных мастерских по цене лома. Конечно, про эстетические качества светодиодного светильника в этом случае можно забыть.
Что влияет на яркость ленты
Насколько яркой будет светодиодная лента при подключении к источнику питания, влияет несколько факторов:
- Габариты лед-кристалла.
- Плотность расположения светодиодов.
- Честность производителя.
Существует несколько типоразмеров лэд-элементов, применяемых в самых ярких моделях светодиодных лент, и все они различаются по светимости:
- Уровень яркости – не более 5 Лм. Применяются, как правило, в качестве дополнительного освещения, например, для декора потолка, шкафа-купе или рабочей площади стола.
- 5050, 5055, 5060. Уровень светимости у таких лед-кристаллов достигает порядка 15 Лм, чего уже достаточно, чтобы использовать светодиодные полоски на их основе, как самостоятельные светильники. Мотка изделия достаточно на 7-9 кв. метров помещения.
- Показатель яркости достигает значения почти в 30 люмен. Кроме того, поток света, создаваемый лентой на их основе, отличается узконаправленностью и большей мощностью. 5-метровый рулон расходуется на 11-13 м2 комнаты.
- 5630 или 5730. Диоды этого типа отличаются самым ярким показателем светимости – до 75 Лм. Светодиодные ленты на их основе служат основным источником освещения в местах с просторным помещением – магазинах, выставках, залах.
Популярные статьи Мастер-класс открытка скрапбукинг новый год ассамбляж старые джинсы — великая вещь
Показатель плотности размещения диодов также влияет на уровень яркости светодиодной ленты. Например, изделия на базе лед-кристаллов 3528 степень светимости варьируется в следующих соответствующих пределах (количество лед – светимость в люменах):
- 60 – 300.
- 120 – 600.
- 240 – 1200.
Как уже отмечалось, далеко не все производители идут честным путем, но пытаются сэкономить на комплектующих путем уменьшения или замены основных компонентов. При одинаковых внешних характеристиках и цене подделка будет отличаться в худшую сторону от оригинала яркостью, сроком службы и общим эксплуатационным качеством.