Deklarirana življenjska doba LED je ocenjena na deset tisoč ur. Da bi dosegli tako visoko zmogljivost, ne da bi pri tem poslabšali optične lastnosti, je treba skupaj z radiatorjem uporabljati močne LED diode. Ta članek bo bralcu omogočil, da najde odgovore na vprašanja, povezana z izračunom in izbiro radiatorja, njihovimi modifikacijami in dejavniki, ki vplivajo na odstranitev toplote.
In zakaj ga potrebujete?
LED skupaj z drugimi polprevodniškimi napravami ni idealen element s faktorjem 100% učinkovitosti (ECC). Večina energije, ki jo porabi, se razprši v toploti. Točna vrednost učinkovitosti je odvisna od vrste sevanja, ki ga oddaja dioda, in tehnologije za njeno izdelavo. Učinkovitost LED z nizko porabo je 10-15%, pri moderni beli moči pa več kot 1 W njegova vrednost doseže 30%, kar pomeni, da se preostalih 70% porabi v toploti.
Ne glede na to, kaj LED, za stabilno in dolgoročno delovanje, zahteva stalno odvajanje toplote iz kristala, to je, hladilnik. V funkciji nizke porabe ledu radiator opravlja zaključke (anoda in katoda). V SMD 2835 je na primer anoda skoraj polovica dna elementa. Pri močnih LED diodah se absolutna jakost moči razprši za več velikosti. Zato brez dodatnega odvajanja toplote ne morejo pravilno delovati. Stalno pregrevanje svetlečih kristalov v času zmanjša življenjsko dobo polprevodniške naprave, spodbuja nemoteno izgubo svetlosti odpremik delovne valovne dolžine.
vrste
Strukturno je mogoče vse radiatorje razdeliti v tri velike skupine: lamelne, paličaste in rebraste. V vseh primerih je lahko osnova krog, kvadrat ali pravokotnik. Debelina podnožja je temeljnega pomena pri izbiri, saj je to področje odgovorno za sprejemanje in enakomerno porazdelitev toplote po celotni površini radiatorja.
Na faktor oblike grelca vpliva prihodnji način delovanja:
- z naravnim prezračevanjem;
- s prisilnim prezračevanjem.
Hladilni radiator za LED, ki se bo uporabljal brez ventilatorja, mora imeti razdaljo med robovi najmanj 4 mm. V nasprotnem primeru naravna konvekcija ni dovolj za uspešno odstranitev toplote. Dober primer je hladilni sistem računalniških procesorjev, kjer se zaradi močnega ventilatorja razdalja med robovi zmanjša na 1 mm.
Pri oblikovanju LED osvetlitve je velik pomen pripisan njihovemu videzu, ki ima velik vpliv na obliko odvajanja toplote. Na primer, sistem za odstranjevanje toplotne energije LED svetilke ne sme presegati standardne oblike hruškaste oblike. To dejstvo prisili razvijalce, da se zatekajo k različnim trikom: uporabijo tiskana vezja z aluminijasto osnovo, ki jih združujejo s hladilnim ohišjem s topljivimi lepili.
Materiali za proizvodnjo radiatorjev
Zdaj se hlajenje močnih svetlečih diod v glavnem izvaja na radiatorjih iz aluminija. Takšna izbira naj bi olajšala,nizki stroški, sposobnost rokovanja in dobra toplotna prevodnost te kovine. Namestitev bakrenega radiatorja za svetlečo diodo je upravičena v svetilki, kjer so dimenzije izrednega pomena, saj baker odvaja toploto več kot dvakrat toliko kot aluminij. Podrobneje so obravnavane lastnosti materialov, ki se najpogosteje uporabljajo za hlajenje LED z veliko močjo.
aluminij
Koeficient toplotne prevodnosti aluminija je v razponu 202-236 W /m * K in je odvisen od čistosti zlitine. Po tem kazalniku je 2,5-krat večji od železa in medenine. Poleg tega je aluminij predmet različnih vrst obdelave. Za povečanje lastnosti prenosa toplote je aluminijasti radiator eloksiran (črno obložen).
baker
Toplotna prevodnost bakra znaša 401 W /m * K, kar daje drugim srebrom samo srebro. Vendar pa so bakreni radiatorji veliko manj pogosto aluminijasti zaradi številnih pomanjkljivosti:
- visoki stroški bakra;
- kompleksna mehanska obdelava;
- veliko težo.
Uporaba zasnove hlajenja z bakrom vodi do povečanja stroškov svetilke, kar je nesprejemljivo zaradi ostre konkurence.
keramika
Nova rešitev pri ustvarjanju visoko učinkovitih hladilnikov toplote je bila aluminitridnaya keramika, katere toplotna prevodnost je 170-230 W /m * K. Za ta material so značilne nizka hrapavost in visoke dielektrične lastnosti.
Z uporabo termoplastov
Kljub temu. \ TLastnosti toplotno prevodne plastike (3-40 W /m * K) so slabše kot aluminij, njihove glavne prednosti pa so nizki stroški in enostavnost. Mnogi proizvajalci LED sijalk uporabljajo termoplastiko za izdelavo primera. Vendar pa termoplastika izgubi konkurenco s kovinskimi radiatorji pri oblikovanju LED svetilk z zmogljivostjo nad 10 vatov.
Hladilne lastnosti močnih LED
Kot je bilo že povedano, je mogoče zagotoviti učinkovito odstranjevanje toplote iz LED skozi organizacijo pasivnega ali aktivnega hlajenja. Svetleče diode s porabo energije do 10 vatov je priporočljivo namestiti na aluminijaste (bakrene) radiatorje, saj bodo njihova teža in dimenzije sprejemljive vrednosti.
Uporaba pasivnega hlajenja za LED z močjo 50 W ali več je otežena; dimenzije radiatorja bodo na desetine centimetrov, masa pa se bo povečala na 200-500 gramov. V tem primeru je vredno razmisliti o uporabi kompaktnega radiatorja skupaj z majhnim ventilatorjem. Ta tandem bo zmanjšal težo in velikost hladilnega sistema, vendar bo ustvaril dodatne težave. Ventilator mora biti opremljen z ustrezno napetostno napetostjo, prav tako pa mora biti v primeru okvare hladilnika poskrbljeno tudi za zaščito LED luči.
Obstaja še en način za hlajenje močnih LED. Sestavljen je iz uporabe končnega modula SynJet, ki je videti kot srednje velik hladilnik grafične kartice. Modul SynJet odlikuje visoka zmogljivost, toplotaodpornost ni večja od 2 ° C /W in teža do 150 g. Njegova natančna velikost in teža sta odvisni od posameznega modela. Slabosti vključujejo potrebo po viru energije in visokih stroških. Kot rezultat, se izkaže, da mora biti LED matrika 50 vatov nameščena bodisi na težaven, vendar poceni radiator ali na majhen radiator z ventilatorjem, napajanjem in zaščito.
Ne glede na radiator je sposoben zagotoviti dober, vendar ne najboljši toplotni stik z oblogo LED. Za zmanjšanje toplotne odpornosti na kontaktni površini nanesite toplotno prevodno pasto. Učinkovitost njenega vpliva dokazuje razširjena uporaba v hladilnih sistemih računalniških procesorjev. Visokokakovostna termopasta je odporna na utrjevanje in ima nizko viskoznost. Ko se nanese na radiator (podlago), je na celotnem območju trka dovolj dovolj tanke plasti. Po vpetju in fiksiranju je debelina plasti približno 0,1 mm.
Izračun območja radiatorja
Za izračun radiatorja za svetlečo diodo obstajata dve metodi:
- zasnova, katere bistvo je določiti geometrijske dimenzije konstrukcije pri danem temperaturnem načinu;
- je preskus, ki vključuje delovanje v obratnem vrstnem redu, kar pomeni, da lahko z znanimi parametri radiatorja izračunamo največjo količino toplote, ki jo lahko učinkovito razprši.
Uporaba ene ali druge različice je odvisna od razpoložljivih izhodnih podatkov. V vsakem primeru je natančen izračun kompleksen matematični problem z množico parametrov. Razenzmožnost uporabe referenčne literature, sprejemanje potrebnih podatkov iz grafov in njihovo nadomestitev v ustreznih formulah mora upoštevati konfiguracijo palic ali robov radiatorja, njihovo usmerjenost in vpliv zunanjih dejavnikov. Prav tako je treba upoštevati kakovost samih diod LED. Pogosto v LED diodah kitajske proizvodnje se dejanske lastnosti razlikujejo od zahtevanih.
natančen izračun
Preden začnemo z formulami in izračuni, se je treba seznaniti z glavnimi pojmi na področju porazdelitve toplotne energije. Toplotna prevodnost je proces prenosa toplotne energije iz bolj ogrevanega telesa na manj ogrevan. Kvantitativno je toplotna prevodnost izražena kot koeficient, ki kaže, koliko toplote lahko prenaša material skozi površino enote, ko se temperatura spremeni za 1 ° K. Pri LED osvetlitvi morajo imeti vsi deli, vključeni v izmenjavo energije, visoko toplotno prevodnost. Predvsem se to nanaša na prenos energije iz kristala v telo, nato pa v radiator in zrak.
Konvekcija je tudi proces prenosa toplote, ki nastane zaradi gibanja molekul tekočin in plinov. V zvezi z LED napeljavami se šteje, da gre za izmenjavo energije med radiatorjem in zrakom. To je lahko naravna konvekcija, ki nastane zaradi naravnega gibanja zračnega toka ali prisile, organiziranega z namestitvijo ventilatorja.
Na začetku članka je bilo ugotovljeno, da se približno 70% energije, ki jo porabi LED, porabi v toploti. ZaIzračunajte radiator za LED, morate vedeti točno količino energije, ki se odvaja. V ta namen uporabimo formulo:
PT = k * Upr * Yipr, kjer:
PT - izhodna moč v obliki toplote, W;
k - koeficient, ki upošteva odstotek energije, ki prehaja v toploto. Ta vrednost za LED z veliko močjo je 0,7-0,8;
Upr - neposredni padec napetosti na LED pri nominalnem toku toka, B;
I - nazivni tok, A.
Čas je, da izračunamo število ovir, ki se nahajajo na poti prenosa toplotnega toka iz kristala v zrak. Vsaka motnja je toplotna upornost (termalna upornost), ki jo označuje simbol (R?, Stopinje /W). Zaradi jasnosti je celoten hladilni sistem predstavljen v obliki nadomestnega vezja s serijsko vzporedno vključitvijo toplotnega upora
.R? Ja = R? Jc + R Cs + R Vi, kjer:
R? Jc - toplotna upornost p-n-razdelilnika (razcepnica);
R? Cs - ohišje s toplotno odpornostjo - radiator (case-surfase radiator);
R? Sa-toplotna upornost radiatorskega zraka (radijator-zrak zraka).
Če je namenjena namestitev LED na tiskano vezje ali uporaba termopasta, je treba upoštevati tudi njihove toplotne podpore. V praksi je vrednost R? Lahko ga definirate na dva načina.
Izračunajte po formuli R? Ja = (Tj-Ta) /Pt, kjer:
R? Če - upor p-n-prehoda zraka;
Tj - najvišja temperatura p-n-stičišča (referenčni parameter), ° C;
Ta - temperatura zraka v bližini radiatorja, ° C.
R? Sa = r Ja-R? Jc-R? Cs, kje je R? Jc in R? Cs - referenčne možnosti.
Iz grafa poiščite odvisnost maksimalne toploteodpornost na enosmerni tok ".
Za slavni R? Izberete standardni radiator. V tem potnem listu bi morala biti vrednost toplotnega upora nekoliko manjša od ocenjene.
Približna formula
Veliko radioamaterjev se je navadilo uporabljati v svojih izdelanih radiatorjih, ki ostanejo od stare elektronske opreme. Hkrati pa se ne želijo poglobiti v zapletene izračune in kupiti dragih novih proizvodov uvožene proizvodnje. Praviloma jih zanima le vprašanje: "Kakšno moč lahko obstoječi aluminijasti radiator za svetlobne diode razprši?"
Predlagamo uporabo preproste empirične formule, ki nam omogoča, da dobimo sprejemljiv rezultat izračuna: R? Sa = 50 /vS, kjer je S površina površine radiatorja v cm2.
Če v to formulo nadomestimo znano vrednost celotnega območja odvajanja toplote, upoštevajoč površino robov in stranskih ploskev, dobimo toplotno upornost.
Dopustno razpršilno moč najdemo iz formule: Pt = (Tj-Ta) /R? Da
Zgornji izračun ne upošteva številnih odtenkov, ki vplivajo na kakovost celotnega hladilnega sistema (smer radiatorja, temperaturne značilnosti LED, itd.). Zato je rezultat priporočljivo pomnožiti s faktorjem staleža - 0,7.
Radiator za svetlečo diodo z lastnimi rokami
Izdelava aluminijastega radiatorja za 1, 3 ali 10 W LED je enostavna. Najprej razmislimo o enostavni konstrukciji, ki zahteva približno pol ure, in okroglo ploščo debeline 1-3 mm. V krogu vsakih 5 mmnaredite reze do središča in nastali sektorji so rahlo upognjeni, tako da je končna oblika podobna rotorju. Za montažo radiatorja na ohišje v več sektorjih, odprtine. Malo težje je izdelati domači radiator za 10-vatno LED. Za to potrebujete 1 meter aluminijastega traku širine 20 mm in debeline 2 mm. Prvič, trak se poškropi z nožem na 8 enakih delov, ki se nato zloži, izvrtajo in potegnejo vijak z matico. Ena od stranskih ploskev je brušena pod montažo LED-matrike. S pomočjo dleta se trakovi razširijo v različne smeri. Na mestih, kjer je montiran modul LED, izvrtajte luknje. Na polirano površino nanesite vroče talino, matrico postavite na vrh in jo pritrdite z vijaki.
Poceni toplotni prevodniki za amatersko oblačilo
Zlasti za amaterje, ki radi eksperimentirajo z različnimi materiali za odvajanje toplote in ne želijo porabiti denarja za drage gotove izdelke, dajte nekaj priporočil za iskanje in izdelavo radiatorjev z lastnimi rokami. Da bi ohladili LED trakove in ravnila, je pohištveni profil aluminija popolnoma primeren. To so lahko vodila za omaro ali kuhinjske pripomočke, katerih bilance lahko kupite po ceni v pohištveni trgovini.
Radiatorji iz sovjetskih magnetofonov in ojačevalnikov, ki so več kot dovolj na radijskih trgih vsakega mesta, bodo primerni za hlajenje nizov LED od 3 do 10 vatov. Uporabite lahko tudi rezervne dele iz stare pisarniške opreme.
Self-madeohladitvi na 50 W LED je lahko izdelana iz radiator nepravilnega delovanja žag, kosilnic, rozpylyavshy poslal v več delov. Kupi ti deli lahko v delavnicah za ceno odpadkov. Seveda, estetsko kakovost LED svetilka v tem primeru se lahko pozabil.
