Proglašeni vijek trajanja LED dioda procjenjuje se na desetke tisuća sati. Da bi se postigle tako visoke performanse, bez pogoršanja optičkih svojstava, treba koristiti snažne LED diode zajedno s radijatorom. Ovaj će članak omogućiti čitatelju da pronađe odgovore na pitanja vezana za izračun i odabir radijatora, njihove modifikacije i čimbenike koji utječu na uklanjanje topline.
I zašto vam je to potrebno?
Zajedno s drugim poluvodičkim uređajima, LED nije idealan element s faktorom učinkovitosti 100% (ECC). Većina energije koja se troši rasipa u toplini. Točna vrijednost učinkovitosti ovisi o vrsti zračenja koje emitira dioda i tehnologiji za njegovu proizvodnju. Učinkovitost LED-a male snage je 10-15%, au modernoj bijeloj snazi više od 1 W njegova vrijednost doseže 30%, što znači da se preostalih 70% troši u toplini.
Bez obzira što LED, za stabilan i dugotrajan rad, zahtijeva stalnu disipaciju topline iz kristala, tj. Hladnjaka. U niskonaponskoj LED funkciji radijatora izvode se zaključci (anoda i katoda). Na primjer, u SMD 2835, anoda je gotovo polovica dna elementa. U snažnim LED-ima apsolutna jačina snage rasipa za nekoliko redova veličine. Stoga oni ne mogu ispravno funkcionirati bez dodatnog odvođenja topline. Neprekidno pregrijavanje kristala koji emitiraju svjetlost smanjuje vijek trajanja poluvodičkog uređaja, potiče glatki gubitak svjetline odpomicanje radne valne duljine.
vrste
Na faktor oblika radijatora utječe budući način rada:
- s prirodnom ventilacijom;
- s prisilnom ventilacijom.
Rashladni radijator za LED diode, koji će se koristiti bez ventilatora, mora imati razmak između rubova ne manji od 4 mm. Inače, prirodna konvekcija nije dovoljna za uspješno uklanjanje topline. Živopisan primjer je sustav hlađenja računalnih procesora, gdje je zbog snažnog ventilatora udaljenost između rubova smanjena na 1 mm.
Prilikom projektiranja LED rasvjete veliku važnost pridaje njihovom izgledu, koji ima veliki utjecaj na oblik odvođenja topline. Na primjer, sustav za uklanjanje toplinske energije LED svjetiljke ne bi trebao prelaziti standardni oblik kruške. Ova činjenica prisiljava programere na pribjegavanje raznim trikovima: koristiti tiskane pločice s aluminijskom bazom, kombinirajući ih s kućištem radijatora s topljenim ljepilima.
Materijali za proizvodnju radijatora
Trenutno je hlađenje snažnih LED dioda uglavnom izrađeno na aluminijskim radijatorima. Takav izbor treba olakšati,niska cijena, sposobnost rukovanja i dobra toplinska vodljivost ovog metala. Ugradnja bakrenog radijatora za diodu koja emitira svjetlost opravdana je svjetiljkom gdje su dimenzije od najveće važnosti, budući da bakar troši toplinu više nego dvostruko više od aluminija. O detaljima se raspravlja o svojstvima materijala koji se najčešće koriste za hlađenje LED-ova velike snage.
aluminij
Koeficijent toplinske vodljivosti aluminija je u rasponu od 202-236 W /m * K i ovisi o čistoći legure. Po ovom pokazatelju je 2,5 puta veći od željeza i mjedi. Osim toga, aluminij podliježe različitim vrstama obrade. Da bi se povećala svojstva prijenosa topline, aluminijski radijator je anodiziran (crno).
bakar
Toplinska vodljivost bakra iznosi 401 W /m * K, a ostalim metalima daje samo srebro. Međutim, bakreni radijatori se mnogo rjeđe nalaze aluminij, zbog prisutnosti niza nedostataka:
- visoku cijenu bakra;
- složena mehanička obrada;
- mnogo težine.
Primjena dizajna hlađenja bakrom dovodi do povećanja cijene svjetiljke, što je neprihvatljivo u slučaju oštre konkurencije.
keramika
Novo rješenje u stvaranju visokoučinkovitih rashladnih tijela bilo je aluminitridnaya keramika, čija je toplinska vodljivost 170-230 W /m * K. Ovaj materijal karakterizira niska hrapavost i visoka dielektrična svojstva.
S upotrebom termoplasta
Usprkos tomeSvojstva toplinski vodljive plastike (3-40 W /m * K) gori su od aluminija, a njihove glavne prednosti su niska cijena i lakoća. Mnogi proizvođači LED svjetiljki koriste termoplastike za izradu kućišta. Međutim, termoplastika gubi konkurenciju s metalnim radijatorima u dizajnu LED svjetiljki s kapacitetom od preko 10 vata.
Značajke hlađenja moćnih LED dioda
Kao što je ranije spomenuto, moguće je osigurati učinkovito uklanjanje topline iz LED-a kroz organizaciju pasivnog ili aktivnog hlađenja. LED diode s potrošnjom energije do 10 W preporučljivo je ugraditi na aluminijske (bakrene) radijatore, jer će njihova težina i dimenzije imati prihvatljive vrijednosti.
uporaba pasivnog hlađenja za LED diode snage 50 W ili više postaje otežana; dimenzije radijatora bit će desetke centimetara, a masa će se povećati na 200-500 grama. U ovom slučaju, vrijedi razmišljati o korištenju kompaktnog radijatora zajedno s malim ventilatorom. Ovaj tandem će smanjiti težinu i veličinu sustava hlađenja, ali će stvoriti dodatne poteškoće. Ventilator mora biti opskrbljen odgovarajućim naponskim napajanjem, a također treba voditi računa o zaštitnom prekidaču LED svjetiljke u slučaju kvara hladnjaka.
Postoji još jedan način hlađenja snažnih LED dioda. Sastoji se od upotrebe gotovog SynJet modula, koji izgleda kao hladnjak grafičke kartice srednje veličine. Modul SynJet odlikuje se visokim performansama, toplinskimotpornost nije veća od 2 ° C /W i težina do 150 g. Točna veličina i težina ovise o pojedinom modelu. Nedostaci uključuju potrebu za napajanjem i visoku cijenu. Rezultat toga je da se LED matrica od 50 vata mora montirati na glomazan, ali jeftin radijator, ili na mali radijator s ventilatorom, napajanjem i sustavom zaštite.
Bez obzira na radijator, on može pružiti dobar, ali ne i najbolji toplinski kontakt s oblogom LED-a. Da biste smanjili toplinski otpor na kontaktnoj površini, nanesite pastu koja provodi toplinu. Učinkovitost njegovog utjecaja dokazuje se širokom primjenom u sustavima hlađenja računalnih procesora. Visokokvalitetna termopasta otporna je na otvrdnjavanje i ima nisku viskoznost. Kada se nanese na radijator (podlogu), na cijelom području sudara ima dovoljno jednog tankog sloja. Nakon stezanja i učvršćivanja, debljina sloja je oko 0,1 mm.
Izračun površine radijatora
- dizajn, čija je bit određivanje geometrijskih dimenzija konstrukcije u danom temperaturnom načinu;
- je test koji uključuje djelovanje obrnutim redoslijedom, to jest, s poznatim parametrima radijatora, možete izračunati maksimalnu količinu topline koju može učinkovito raspršiti.
Uporaba jedne ili druge varijante ovisi o dostupnim izlaznim podacima. U svakom slučaju, točan izračun je složen matematički problem s mnoštvom parametara. osimmogućnost korištenja referentne literature, uzimanje potrebnih podataka iz grafikona i njihova zamjena u odgovarajućim formulama treba uzeti u obzir konfiguraciju štapova ili rubova radijatora, njihovu orijentaciju, kao i utjecaj vanjskih čimbenika. Također je vrijedno uzeti u obzir kvalitetu samih LED dioda. Često u LED svjetlima kineske proizvodnje, stvarne karakteristike se razlikuju od onih koje se tvrde.
točan izračun
Prije prelaska na formule i izračune potrebno je upoznati glavne pojmove u području distribucije toplinske energije. Toplinska provodljivost je proces prijenosa toplinske energije iz više zagrijanog fizičkog tijela u manje zagrijano. Kvantitativno, toplinska vodljivost izražava se kao koeficijent koji pokazuje koliko topline može prenijeti materijal kroz jedinično područje kada se temperatura promijeni za 1 ° K. U LED rasvjeti svi dijelovi koji sudjeluju u razmjeni energije moraju imati visoku toplinsku vodljivost. To se posebno odnosi na prijenos energije iz kristala u tijelo, a zatim na radijator i zrak.
Konvekcija je također proces prijenosa topline koji nastaje zbog kretanja molekula tekućina i plinova. Što se tiče LED svjetiljki, smatra se da razmotriti razmjenu energije između radijatora i zraka. To može biti prirodna konvekcija, koja nastaje zbog prirodnog kretanja protoka zraka, ili prisilne, organizirane kroz instalaciju ventilatora.Na početku članka primijećeno je da se oko 70% energije koju potroši LED potroši u toplini. kojiizračunati radijator za LED, morate znati točnu količinu raspršene energije. U tu svrhu koristimo formulu:
PT = k * Upr * Yipr, gdje:
PT - izlazna snaga u obliku topline, W;
k - koeficijent uzimajući u obzir postotak energije koja se pretvara u toplinu. Ova vrijednost za LED-ove velike snage uzima se kao 0,7-0,8;
UPR - izravni pad napona preko LED u protoku nazivne struje, V;
Ie - nazivna struja, A.
Vrijeme je za izračun broja prepreka koje se nalaze na putu prolaska toplinskog toka iz kristala u zrak. Svaka zapreka je toplinski otpor (otpor Termal), koji je označen sa (R ?, Stupanj /W). Radi jasnoće, cijeli rashladni sustav je predstavljen u obliku sklopa supstitucije iz serijskog paralelnog uključivanja toplinskog otpora
.R? Ja = R? Jc + R Cs + R Sa, pri čemu:
R? Jc - toplinska otpornost p-n-prijelaz iz kućišta (spoj slovima);
R? CS - toplinska otpornost građevinski radijatora (slučaj-surfase hladnjaka);
R? Sa- hladnjak toplinska otpornost na zraku (surfase radijator-zraka).
Ako namjeravate instalirati LED PCB ili koriste toplinsku pastu, također je potrebno uzeti u obzir njihove toplinske otpore. U praksi, vrijednost R? Sa može definirati na dva načina.
računa se pomoću formule R? Ja = (Tj-Ta) /Pt, gdje:
R? Ja - otpornost p-n-prijelaz zraka;
TJ - maksimalna temperatura p-n-spoj (referenca parametar) ° C;
Ta - temperatura zraka u blizini radijatora ° C.
R? Sa = R? Ja-R? JC-R? Cs, gdje je R? Jc i R? Cs - referentni parametara.
naći raspored „maksimalno topline ovisnostiotpornost istosmjerne struje ". \ t
Za slavni R? Vi birate standardni radijator. U ovoj putovnici vrijednost toplinskog otpora treba biti nešto manja od procijenjene.
Približna formula
Mnogi radioamateri navikli su se u svojim radijatorima koji su sami izradili, a koji su ostali od stare elektroničke opreme. Istodobno, ne žele se upuštati u komplicirane kalkulacije i kupovati skupe nove proizvode uvezene proizvodnje. U pravilu ih zanima samo pitanje: "Kakvu snagu može difuzirati postojeći aluminijski radijator za svjetleće diode?"
Predlažemo korištenje jednostavne empirijske formule koja nam omogućuje da dobijemo prihvatljiv rezultat izračuna: R? Sa = 50 /vS, gdje je S površina površine radijatora u cm2.
Zamjenjujući u toj formuli poznatu vrijednost ukupne površine za odvođenje topline, uzimajući u obzir površinu rubova (šipki) i bočnih površina, dobivamo njezin toplinski otpor.
Dopuštena snaga raspršenja nalazi se iz formule: Pt = (Tj-Ta) /R? Ja.
Navedeni izračun ne uzima u obzir mnoge nijanse koje utječu na kvalitetu cijelog sustava hlađenja (smjer radijatora, temperaturne karakteristike LED-a itd.). Stoga se preporučuje da se rezultat množi s faktorom zaliha - 0,7.
Radijator za svjetleću diodu vlastitim rukama
Izrada aluminijskog radijatora za 1, 3 ili 10 W LED je jednostavna. Prvo, razmotrimo jednostavnu konstrukciju koja zahtijeva oko pola sata izrade i okruglu ploču debljine 1-3 mm. U krugu svakih 5 mmnapravite rezove do središta, a nastali sektori su lagano savijeni tako da gotov dizajn podsjeća na rotor. Za ugradnju radijatora na kućište u nekoliko sektora, otvori. Malo je teže napraviti domaći radijator za LED od 10 W. Da biste to učinili, trebate 1 metar aluminijske trake širine 20 mm i debljine 2 mm. Prvo, traka se poprska nožem na 8 jednakih dijelova, koji se zatim slažu, izbuše i povuku vijak s maticom. Jedna od bočnih strana je brušena pod montažom LED matrice. Uz pomoć dlijeta trake se proširuju u različitim smjerovima. Na mjestima gdje je montiran LED modul, izbušite rupe. Na poliranu površinu nanesite vrelu talinu, stavite matricu na vrh i pričvrstite je vijcima.
Jeftini vodiči za amatersku odjeću
Posebno za amatere koji vole eksperimentirati s različitim materijalima za odvođenje topline i ne žele trošiti novac na skupe gotove proizvode, dati neke preporuke za pretraživanje i proizvodnju radijatora vlastitim rukama. Za hlađenje LED traka i ravnala, profil namještaja od aluminija je savršeno prikladan. To mogu biti vodiči za ormar ili kuhinjski pribor, čije se vage mogu kupiti po cijeni u trgovini namještaja.
Radijatori iz sovjetskih snimača i pojačala, koji su više nego dovoljni na radijskim tržištima svakog grada, bit će prikladni za hlađenje LED polja od 3 do 10 W. Također možete koristiti rezervne dijelove iz stare uredske opreme.
Samostalna izradaHlađenje za 50 W LED može se izvesti iz radijatora iz neispravne motorne pile, kosilice za travu, prskanjem u nekoliko dijelova. Takve rezervne dijelove možete kupiti u radionicama po cijeni od otpada. Naravno, u ovom slučaju možete zaboraviti na estetske kvalitete LED svjetiljke.
