Deklarovaná životnosť LED sa odhaduje na desiatky tisíc hodín. Aby sa dosiahol taký vysoký výkon, bez zhoršenia optických vlastností by sa mali v spojení s chladičom používať výkonné LED diódy. Tento článok umožní čitateľovi nájsť odpovede na otázky týkajúce sa výpočtu a výberu radiátora, jeho modifikácií a faktorov, ktoré ovplyvňujú odstránenie tepla.
A prečo to potrebujete?
Spolu s inými polovodičovými zariadeniami LED nie je ideálnym prvkom so 100% faktorom účinnosti (ECC). Väčšina spotrebovanej energie sa rozptýli v teple. Presná hodnota účinnosti závisí od druhu žiarenia emitovaného diódou a od technológie výroby. Účinnosť LED s nízkym výkonom je 10-15% a pri modernej bielej energii viac ako 1 W jej hodnota dosiahne 30%, čo znamená, že zvyšných 70% sa spotrebuje v teple.
Bez ohľadu na to, čo LED, pre stabilnú a dlhodobú prevádzku, si vyžaduje konštantný odvod tepla z kryštálu, teda chladiča. V režime nízkeho napájania chladiča vykonajte závery (anóda a katóda). Napríklad v SMD 2835 je anóda takmer polovica spodnej časti prvku. Pri výkonných LED sa absolútna veľkosť výkonu rozptýli o niekoľko rádov. Preto nemôžu fungovať správne bez dodatočného odvodu tepla. Nepretržité prehriatie kryštálov vyžarujúcich svetlo v priebehu času znižuje životnosť polovodičového zariadenia, podporuje hladkú stratu jasu zposun pracovnej vlnovej dĺžky.
druhy
Štruktúrne možno všetky radiátory rozdeliť do troch veľkých skupín: lamelárne, tyčové a rebrované. Vo všetkých prípadoch môže mať základňa tvar kružnice, štvorca alebo obdĺžnika. Hrúbka základne má zásadný význam pri výbere, pretože táto konkrétna oblasť je zodpovedná za prijímanie a rovnomerné rozdelenie tepla po celej ploche chladiča.
Faktor tvaru radiátora je ovplyvnený budúcim režimom činnosti:
- s prirodzeným vetraním;
- s núteným vetraním.
Chladiaci radiátor pre LED, ktorý sa bude používať bez ventilátora, musí mať vzdialenosť medzi okrajmi najmenej 4 mm. V opačnom prípade prirodzená konvekcia nestačí na úspešné odstránenie tepla. Živým príkladom je chladiaci systém počítačových procesorov, kde sa v dôsledku silného ventilátora vzdialenosť medzi okrajmi zmenší na 1 mm.
Pri projektovaní osvetlenia LED je dôležitý ich vzhľad, ktorý má veľký vplyv na formu odvodu tepla. Napríklad systém na odstraňovanie tepelnej energie LED lampy by nemal presahovať štandardnú formu tvaru hrušky. Táto skutočnosť prinúti vývojárov k tomu, aby využili rôzne triky: používať dosky s plošnými spojmi s hliníkovým základom, ktoré sa kombinujú s telesom chladiča s tavnými lepidlami.
Materiály na výrobu radiátorov
V súčasnosti je chladenie výkonných LED hlavne na radiátoroch z hliníka. Takáto voľba je spôsobená ľahkosťou,nízka cena, schopnosť manipulovať a dobrá tepelná vodivosť tohto kovu. Inštalácia medi chladiči pre LED sviečky, je oprávnené, kde rozhodujúca veľkosť ako dvojité medi odvádza teplo lepšie než hliník. Vlastnosti materiálov, ktoré sa najčastejšie používajú na chladenie vysokovýkonných LED diód, sú podrobnejšie rozpracované.
hliník
Tepelná vodivosť hliníka je v rozmedzí 202 až 236 W /m * K a závisí na čistote zliatiny. Podľa tohto ukazovateľa je 2,5-krát vyšší ako železo a mosadz. Okrem toho hliník podlieha rôznym typom obrábania. Na zvýšenie vlastností prenosu tepla je hliníkový radiátor eloxovaný (čierny).
meď
Tepelná vodivosť medi je 401 W /m * K, čo prináša len striebro ostatným kovom. Avšak medené radiátory sa nachádzajú oveľa menej často v hliníku, kvôli prítomnosti viacerých nedostatkov:
- vysoké náklady na meď;
- komplexné mechanické spracovanie;
- veľa hmotnosti.
Použitie medené chladiace konštrukcia vedie k zvýšeniu nákladov na svetle, ktoré je neprijateľné v konkurenčnom prostredí.
keramika
nové riešenia pre vytvorenie vysoko účinný teplootvodov stal alyumonitridnaya keramiky, tepelná vodivosť, ktorá je 170 až 230 W /m * K Tento materiál má nízku drsnosť a vysoké dielektrické vlastnosti.
Pri použití termoplastov
Napriek tomu, žeVlastnosti tepelne vodivých plastov (3-40 W /m * K) sú horšie ako hliník, ich hlavnými výhodami sú nízke náklady a jednoduchosť. Mnohí výrobcovia LED svietidiel používajú termoplasty na výrobu skrinky. Avšak termoplast stráca konkurenciu s kovovými radiátormi v dizajne LED svietidiel s kapacitou viac ako 10 wattov.
Chladiace funkcie výkonných LED
Ako bolo uvedené vyššie, je možné zabezpečiť účinné odvádzanie tepla z LED prostredníctvom organizácie pasívneho alebo aktívneho chladenia. Pri montáži na hliníkové (medené) radiátory sa odporúčajú LED diódy s výkonom do 10 wattov, pretože ich hmotnosť a rozmery budú mať prijateľné hodnoty.
Je ťažké používať pasívne chladenie pre LED s výkonom 50 W alebo viac; rozmery radiátora budú desiatky centimetrov a hmotnosť sa zvýši na 200-500 gramov. V tomto prípade stojí za to premýšľať o použití kompaktného chladiča spolu s malým ventilátorom. Tento tandem zníži hmotnosť a veľkosť chladiaceho systému, ale vytvorí ďalšie ťažkosti. Ventilátor musí byť vybavený vhodným napájacím zdrojom a pri poškodení chladiča je potrebné dbať na to, aby bol vypnutý ochranný vypínač LED.
Existuje iný spôsob, ako ochladiť silné LED diódy. Spočíva v použití hotového modulu SynJet, ktorý vyzerá ako stredný chladič grafickej karty. SynJet modul sa vyznačuje vysokým výkonom, tepelnýmodolnosť nie viac ako 2 ° C /W a hmotnosť do 150 g. Jeho presná veľkosť a hmotnosť závisia od konkrétneho modelu. Nevýhody zahŕňajú potrebu zdroja energie a vysoké náklady. V dôsledku toho sa ukáže, že LED matica 50 wattov musí byť namontovaná buď na ťažkopádnom, ale lacnom radiátore, alebo na malom radiátore s ventilátorom, napájaním a ochranným systémom.
Bez ohľadu na radiátor je schopný poskytnúť dobrý, ale nie najlepší tepelný kontakt s obložením LED. Na zníženie tepelného odporu na kontaktnom povrchu použite tepelne vodivú pastu. Účinnosť jeho vplyvu dokazuje rozšírené používanie počítačových procesorov v chladiacich systémoch. Vysokokvalitná termopást je odolná voči vytvrdzovaniu a má nízku viskozitu. Pri aplikácii na radiátor (podklad) je na celej ploche kolízie dostatok jednej tenkej rovnej vrstvy. Po upnutí a upevnení je hrúbka vrstvy asi 0,1 mm.
Výpočet plochy radiátora
Existujú dve metódy výpočtu žiariča pre svetelnú diódu:
- , ktorého podstata spočíva v určení geometrických rozmerov konštrukcie v danom režime teploty;
- je test, ktorý zahŕňa činnosť v opačnom poradí, to znamená so známymi parametrami radiátora, môžete vypočítať maximálne množstvo tepla, ktoré sa môže účinne rozptýliť.
Použitie jedného alebo druhého variantu závisí od dostupných výstupných údajov. V každom prípade je presný výpočet komplexným matematickým problémom s množstvom parametrov. okremschopnosť používať príručky, aby sa potrebné dáta s grafmi a vystaviť ich na príslušnú vzorca je potrebné brať do úvahy usporiadanie tyčí alebo rebier radiátora ich zameranie a vplyv vonkajších faktorov. Je tiež potrebné vziať do úvahy kvalitu LED samotných. Často v LED čínskej výroby sa skutočné charakteristiky líšia od tých, ktoré sú nárokované.
presný výpočet
Pred vzorcov a výpočtov by mal byť oboznámený so základnými pojmami v distribúcii tepelnej energie. Tepelná vodivosť je proces prenosu tepla z teplejšieho fyzického tela, aby menej zahrieva. Kvantitatívne, tepelná vodivosť je vyjadrená ako pomer, ktorý ukazuje, ako veľa tepla je schopný sprostredkovať materiálu skrz jednotku plochy, keď je teplota 1 ° K LED vo všetkých častiach sa podieľajú na metabolizme energie, musí mať vysokú tepelnú vodivosť. To zahŕňa prenos energie z kryštálu do tela a potom do chladiča a vzduchu.
Konvekcia - tiež prenos tepla, ktorý je vzhľadom k molekúl kvapalín a plynov. Pokiaľ ide o svietidlá LED, považuje sa to za zohľadnenie výmeny energie medzi radiátorom a vzduchom. Môže to byť prirodzená konvekcia, ktorý sa vyskytuje v dôsledku prirodzeného pohybu prúdu vzduchu alebo nútený, organizované inštalácie ventilátora.
Na začiatku článku je uvedené, že asi 70% energie spotrebovanej svetelné diódy spotrebuje na teplo. ževypočítajte radiátor pre LED diódy, potrebujete vedieť presné množstvo energie rozptýlené. Použijeme tento vzorec:
PT = k * Upr * Yipr, kde:
PT - výkon v tvare tepla, W;
k - koeficient zohľadňujúci percento energie prechádzajúcej do tepla. Táto hodnota pre LED diódy s vysokým výkonom sa považuje za hodnotu 0,7 - 0,8;
Upr - priamym poklesom napätia na LED, keď točí nominálny prúd, B;
T.j. - nominálny prúd, A.
Je čas vypočítať počet prekážok, ktoré sa nachádzajú na ceste prechodu tepla z kryštálu do vzduchu. Každé rušenie je tepelný odpor (tepelný odpor), ktorý je označený symbolom (R?, Stupňov /W). Pre zrozumiteľnosť je celý chladiaci systém reprezentovaný vo forme obvodu nahradenia zo sériovo paralelného zahrnutia tepelného odporu
R? Ja = R? Jc + R Cs + R Vy kde:
R? Jc - tepelná odolnosť p-n-junction-case (križovatka);
R? Cs - radiátor s tepelnou odolnosťou (radiátor s príručnou skriňou);
R? Sa-tepelná odolnosť radiátora-vzduch (surfas radiátor-vzduch).
Pokiaľ je určená inštalácia LED na dosku s plošnými spojmi alebo použitie termoplastu, je tiež potrebné vziať do úvahy jej tepelné podložky. V praxi hodnota R? Môžete ho definovať dvomi spôsobmi.
Vypočítajte podľa vzorca R? Ja = (Tj-Ta) /Pt, kde:
R? Ak - odpor p-n-prechod vzduchu;
Tj - maximálna teplota p-n-junction (referenčný parameter), ° C;
Ta - teplota vzduchu v blízkosti radiátora, ° C
R? Sa = r Ja-R? JC-R? Cs, kde je R? Jc a R? Cs - referenčné možnosti.
Nájdite z grafu "závislosť maximálneho tepelnéhoodolnosť voči jednosmernému prúdu ".
Pre známe R? Vyberiete štandardný radiátor. V tomto pase hodnota tepelného odporu by mala byť o niečo nižšia ako odhad.
Približný vzorec
Mnoho rádioamatérov si zvyklo používať vo svojich vlastných radiátoroch zostávajúcich zo starých elektronických zariadení. Súčasne sa nechcú ponoriť do zložitých výpočtov a kupovať drahé nové produkty dovážanej výroby. Zvyčajne sa zaujímajú len o otázku: "Akú silu môže existujúci hliníkový chladič pre svetlo vyžarujúce diódy difundovať?"
Navrhujeme použiť jednoduchý empirický vzorec, ktorý nám umožňuje získať prijateľný výsledok výpočtu: R? Sa = 50 /vS, kde S je plocha povrchu chladiča v cm2.
Nahradením známej hodnoty celkovej plochy odberu tepla vzhľadom na povrch okrajov (tyčí) a bočných plôch získame v tomto vzorci svoj tepelný odpor.
Prípustný rozptýlený výkon sa zistil zo vzorca: Pt = (Tj-Ta) /R? Ja.
V uvedenom výpočte sa nezohľadňujú mnohé nuansy, ktoré ovplyvňujú kvalitu celého chladiaceho systému (smer radiátora, teplotné charakteristiky LED atď.). Preto sa odporúča vynásobiť koeficientom zásob - 0,7.
Radiátor pre svetelnú diódu s vlastnými rukami
Vytváranie hliníkového chladiča pre 1, 3 alebo 10 W LED diódy je jednoduché. Po prvé, zvážime jednoduchú konštrukciu, ktorá vyžaduje približne pol hodiny a kruhová platňa s hrúbkou 1 až 3 mm. V kruhu každých 5 mmrobia rezy do stredu a výsledné sektory sú mierne ohnuté, takže hotový dizajn sa podobá obežnému kolesu. Pri montáži radiátora na skriňu v niekoľkých sektoroch otvory. Je to o niečo ťažšie vyrobiť domáci radiátor pre 10-watt LED. K tomu potrebujete 1 meter hliníkového pásu šírky 20 mm a hrúbky 2 mm. Najprv je pás striekaný nožom na 8 rovnakých dielov, ktoré potom stohujú, vŕtajú a vyťahujú skrutku maticou. Jedna z bočných plôch je brúsená pod montážou LED matrice. Pomocou sekáča sa pásy rozširujú v rôznych smeroch. V miestach, kde je namontovaný modul LED, vyvŕtajte otvory. Na leštenej ploche naneste horúcu taveninu, umiestnite matricu na vrch, upevnite ju skrutkami.
Lacné tepelné vodiče pre amatérske odevy
Špeciálne pre rádioamatérov, ktorí majú radi experimentovať s rôznymi materiálmi k odvodu tepla a nechcú utrácať peniaze na drahé výrobky spracovateľského priemyslu, dať nejaké odporúčania na nájdenie a výrobu radiátorov vlastných rúk. Na chladenie LED pásikov a pravítok je nábytkový profil hliníka dokonale vhodný. Tie môžu byť návody na skriňu alebo kuchynské príslušenstvo, ktorých zostatky je možné zakúpiť v predajni nábytku.
K ochladeniu LED maticu W 3-10 vhodných radiátorov sovietskej rekordérov a zosilňovačov, čo je viac než dosť rozhlasových trhov v každom meste. Môžete tiež použiť náhradné diely zo starých kancelárskych zariadení.
VlastnéChladenie na 50 W LED môže byť vykonané z radiátora z chybnej reťazovej píly, kosačky na trávu, rozstrekovaním na niekoľko častí. Takéto náhradné diely si môžete kúpiť v servisoch za cenu šrotu. Samozrejme, v tomto prípade môžete zabudnúť na estetické vlastnosti LED lampy.
