Adeziv termofuzibil pentru LED-uri - calorifer din aluminiu DIY. Ne facem propriul calorifer pentru LED-uri Cum sunt realizate radiatoarele

LED-urile au apărut cu doar câțiva ani în urmă. Dar au reușit deja să-și asigure poziția de lider pe piața produselor de iluminat. Ele pot fi folosite nu numai în sistemele de iluminat, ci și în diverse scheme de meșteșuguri sau amatori. Când aveți de-a face cu LED-uri, trebuie să aveți grijă de opțiunile de răcire. O modalitate de a răci LED-urile este instalarea unui radiator.

Radiatoare pentru răcire LED-uri

Articolul nostru vă va dezvălui toate secretele cum să asamblați corect și cu propriile mâini un dispozitiv de răcire.

De ce este nevoie de un radiator?

Inainte sa incepi auto-asamblare radiator pentru LED-uri, trebuie să cunoașteți caracteristicile sursei de lumină în sine.
LED-urile sunt semiconductoare care au două picioare ("+" și "-"), adică. au polaritate.

LED-uri

Pentru a fabrica corect un radiator pentru ei, este necesar să efectuați un anumit calcul. În primul rând, acest calcul ar trebui să includă măsurătorile tensiunii, precum și curentul. În plus, trebuie amintit că orice dispozitiv cu intensitate electrică, inclusiv LED-urile, are tendința de a se încălzi. Prin urmare, aici este nevoie de un sistem de răcire.
Când faceți calcule, rețineți - doar 1/3 din puterea specificată a sursei de lumină va fi convertită în flux luminos (de exemplu, 3-3,5 din 10w). Prin urmare, partea principală va fi pierderile de căldură. Pentru a minimiza pierderile de căldură se folosesc calorifere.

Notă! Supraîncălzirea LED-ului duce la o scădere a duratei de viață a acestuia. Prin urmare, utilizarea unui radiator vă permite, de asemenea, să prelungiți „durata de viață” a sursei de lumină.

Prin urmare, circuitele LED au un complex de răcire pentru toate elementele principale.
Astăzi, pentru a răci elementele circuitului electric, care include LED-uri, puteți utiliza trei opțiuni de îndepărtare a căldurii:

prin corpul dispozitivului (nu este întotdeauna posibil);
prin placă de circuit imprimat. Răcirea are loc prin căi conductoare neprimare prin care curge curentul;
folosind un radiator. Se potrivește atât plăcilor cât și LED-urilor.

Notă! În această din urmă situație, este necesar să se calculeze corect exact ce zonă ar trebui să fie.

Radiator cu LED

Cel mai mod eficient Răcirea LED-urilor este să utilizați un radiator, pe care îl puteți construi cu ușurință singur. Principalul lucru de reținut este că funcționarea radiatorului este afectată de forma și numărul de aripioare.

Caracteristici de design ale radiatoarelor

Nedumeriți să asambleze un radiator potrivit pentru LED-uri cu propriile mâini, mulți își pun întrebarea destul de logică „care este mai bine?” Într-adevăr, astăzi există două grupuri de radiatoare care diferă prin caracteristicile de design:

în formă de ac. Cel mai adesea folosit pentru sistemele de răcire tip natural. Astfel de modele sunt folosite pentru LED-uri de mare putere;

Radiator cu ac

cu nervuri. Folosit în sistemele de răcire forțată. Ele sunt selectate în funcție de parametrii geometrici. Mai mult, pot fi folosite și pentru răcirea LED-urilor de mare putere.

Radiator cu aripioare

Atunci când alegeți tipul de radiator, trebuie să vă amintiți că dispozitivul pasiv cu ac depășește eficiența modelului cu aripioare cu 70%.
Un radiator de orice design (cu aripioare sau în formă de ac) poate avea diferite forme:

pătrat;
rundă;
dreptunghiular.

Opțiunea radiatorului potrivită pentru LED-uri ar trebui selectată în funcție de nevoile de răcire.

Caracteristici de calcul

Calculul unui circuit pentru crearea unui radiator cu propriile mâini ar trebui să înceapă întotdeauna cu selectarea bazei elementului. Nu uitați că evaluarea aici trebuie să corespundă nu numai potențialului radiatorului asamblat, ci și pentru a preveni crearea de pierderi suplimentare. In caz contrar aparate de casă va avea o eficiență scăzută. Și, în primul rând, pentru aceasta este necesar să se calculeze suprafața radiatorului.
Ce ar trebui să includă calculul unui astfel de parametru ca zonă:

modificarea dispozitivului;
care este zona de dispersie;
indicatoare de aer ambiental;
materialul din care este realizat radiatorul.

Astfel de nuanțe trebuie luate în considerare atunci când se proiectează un calorifer nou, mai degrabă decât remodelarea unuia vechi. Cel mai important indicator pentru auto-asamblarea unui radiator va fi indicatorul disipării de putere maximă admisă a elementului de schimb de căldură.
Există două moduri de a calcula suprafața radiatorului.
Prima metodă de calcul. Pentru a determina suprafața necesară, trebuie să utilizați formula F = a x S x (T1 – T2), unde:

F—flux de căldură;
S – suprafața radiatorului;
T1 este un indicator al temperaturii mediului care elimină căldura;
T2 este temperatura suprafeței încălzite;
a este un coeficient care reflectă transferul de căldură. Acest coeficient pentru suprafețele nelustruite se presupune în mod convențional a fi 6-8 W/(m2K).

Circumferinţă

Folosind această metodă de calcul, este necesar să ne amintim că placa sau nervura are două suprafețe pentru îndepărtarea căldurii. În acest caz, calculul suprafeței acului se efectuează folosind circumferința (π x D), care trebuie înmulțită cu indicatorul de înălțime.
A doua metodă de calcul. O formulă oarecum simplificată derivată experimental este folosită aici. În acest caz, se utilizează formula S = x W, unde:

S—zona schimbătorului de căldură;
M – putere LED neutilizată;
W – puterea furnizată (W).

În plus, dacă se fabrică un aparat din aluminiu cu nervuri, puteți utiliza datele obținute de specialiștii taiwanezi în calcule:

60 W – de la 7000 la 73000 cm2;
10 W – aproximativ 1000 cm2;
3 W – de la 30 la 50 cm2;
1 W – de la 10 la 15 cm2.

Dar într-o astfel de situație, este necesar să ne amintim că datele de mai sus sunt potrivite pentru condițiile climatice din Taiwan. În cazul nostru, acestea ar trebui luate numai atunci când se efectuează calcule preliminare.

Material pentru fabricarea radiatorului

Durata de viață a LED-urilor depinde direct de ce material este utilizat în semiconductor, precum și de calitatea sistemului de răcire.
Atunci când alegeți un material pentru un radiator, trebuie să vă ghidați după următoarele:

materialul trebuie să aibă o conductivitate termică de cel puțin 5-10 W;
Nivelul de conductivitate termică trebuie să fie peste 10 W.

În acest sens, pentru fabricarea unui radiator merită să utilizați următoarele materiale:

aluminiu. Versiunea din aluminiu este utilizată în prezent cel mai des pentru răcirea LED-urilor. Dar, în același timp, radiatorul din aluminiu are un dezavantaj semnificativ - este format dintr-un număr de straturi. Ca urmare a acestei structuri, aparatul din aluminiu provoacă rezistență termică. Ele pot fi depășite doar cu ajutorul unor materiale conductoare de căldură suplimentare, care pot fi plăci izolatoare;

Notă! Radiatorul din aluminiu, în ciuda deficiențelor sale, face o treabă excelentă de disipare a căldurii. Aici se folosește o placă de aluminiu, care este suflată de un ventilator.

Radiator din aluminiu

ceramică. Radiatoarele ceramice au căi speciale prin care este condus curentul. LED-urile sunt lipite la aceleași urme. Astfel de produse sunt capabile să elimine de două ori mai multă căldură;
cupru. Există o placă de cupru aici. Se distinge prin conductivitate termică mai mare decât aluminiul. Dar cuprul este inferior aluminiului specificatii tehnice si greutate. În același timp, cuprul nu este un metal maleabil, iar după prelucrare rămân multe resturi;

Radiator din cupru

plastic. Avantajele includ costuri accesibile, precum și nivel inalt fabricabilitatea. În același timp, dezavantajele aici sunt conductivitatea termică mai mică.

După cum vedem, cel mai mult cea mai bună opțiune Din punct de vedere al prețului și calității, vei putea să-ți faci singur caloriferul pentru LED-uri din aluminiu. Să ne uităm la mai multe moduri de a face un radiator pentru LED-uri.

Cum se fac radiatoarele?

Nu toți radioamatorii sunt dispuși să se ocupe de producerea unor astfel de dispozitive. La urma urmei, va juca un rol principal. Durata de viață a unei instalații de iluminat realizată din LED-uri depinde de cât de bine este realizat manual radiatorul. Prin urmare, mulți oameni preferă să nu-și asume riscuri și să cumpere dispozitive pentru sistemul de răcire din magazinele specializate.

Radiator de casa pentru diode

Exista insa situatii in care nu se poate cumpara, dar poate fi realizat din materiale disponibile care pot fi gasite cu usurinta in laboratorul de acasa al oricarui radioamator. Și aici sunt potrivite două metode de fabricație.

Prima metodă de auto-asamblare

Cel mai simplu design pentru un calorifer de casă, desigur, va fi un cerc. Poate fi tăiat astfel:

tăiați un cerc dintr-o foaie de aluminiu și faceți-l pe el suma necesară tăieturi;

Tăiați cerc de aluminiu

Apoi îndoim puțin sectorul. Rezultatul este ceva ca un ventilator;
de-a lungul axelor este necesară îndoirea a 4 antene. Cu ajutorul lor, dispozitivul va fi atașat de corpul lămpii;
LED-urile de pe un astfel de radiator pot fi fixate folosind pastă termică.

Radiator gata făcut pentru diode rotunde

După cum puteți vedea, aceasta este o metodă de producție destul de simplă.

A doua metodă de auto-asamblare

Dispozitivul de răcire care va fi conectat la LED-uri poate fi realizat independent de o bucată de țeavă care are o secțiune transversală dreptunghiulară, precum și de profil de aluminiu. Aici veți avea nevoie de:

masina de spalat presa cu diametrul de 16 mm;
teava 30x15x1,5;
pasta termica KTP 8;
profil în formă de W 265;
lipici fierbinte;
șuruburi autofiletante

Facem radiatorul după cum urmează:

găuriți trei găuri în țeavă;

Opțiune conductă radiator

Apoi găurim profilul. Va fi folosit pentru a-l atașa la lampă;
Atașăm LED-urile la țeavă, care va acționa ca bază a radiatorului, folosind lipici fierbinte;
la joncțiunile elementelor radiatorului se aplică un strat de pastă termică KTP 8;
Tot ce rămâne este să asamblați structura folosind șuruburi autofiletante echipate cu o șaibă cu presă.

Această metodă va fi ceva mai dificil de implementat decât prima opțiune.

Concluzie

Știind ce este un radiator conectat la LED-uri, este foarte posibil să-l faci singur din mijloace improvizate. Asamblarea corectă a acestuia vă va ajuta nu numai să răciți eficient instalația de iluminat, ci și să evitați situația de reducere a duratei de viață a LED-urilor.

Proiectarea și principiile de funcționare ale unui radiator pentru LED-uri. Reguli pentru alegerea materialului și a zonei piesei. A face un calorifer cu propriile mâini este ușor și rapid.

Convingerea comună că LED-urile nu se încălzesc este o concepție greșită. A apărut deoarece LED-urile de putere redusă nu sunt fierbinți la atingere. Chestia este că sunt echipate cu dispozitive de îndepărtare a căldurii - calorifere.

Principiul de funcționare al radiatorului

Principalul consumator de căldură generată de LED este aerul din jur. Particulele sale reci se apropie de suprafața încălzită a schimbătorului de căldură (radiator), se încălzesc și se grăbesc în sus, făcând loc pentru noi mase reci.

La ciocnirea cu alte molecule, căldura este distribuită (disipată). Cum suprafata mai mare suprafata radiatorului, cu atat transfera mai intens caldura de la LED in aer.

Citiți mai multe despre principiile de funcționare ale LED-urilor.

Cantitatea de căldură absorbită de masa de aer pe unitatea de suprafață nu depinde de materialul radiatorului: eficiența naturală " pompa de caldura» este limitat de proprietățile sale fizice.

Materiale pentru fabricare

Radiatoarele pentru răcirea LED-urilor variază ca design și material.

Aerul din jur nu poate primi mai mult de 5-10 W de la o singură suprafață. Atunci când alegeți un material pentru fabricarea unui radiator, trebuie luată în considerare următoarea condiție: conductivitatea sa termică trebuie să fie de cel puțin 5-10 W. Materialele cu un parametru mai mic nu vor putea transfera toată căldura pe care o poate absorbi aerul.

Conductivitatea termică peste 10 W va fi excesivă din punct de vedere tehnic, ceea ce va atrage costuri financiare nejustificate fără a crește eficiența radiatorului.

Radiatoarele sunt fabricate în mod tradițional din aluminiu, cupru sau ceramică. ÎN În ultima vreme au apărut produse din materiale plastice care disipă căldura.

Aluminiu

Principalul dezavantaj al unui radiator din aluminiu este designul său cu mai multe straturi. Acest lucru duce inevitabil la apariția rezistențelor termice tranzitorii, care trebuie depășite prin utilizarea unor materiale conductoare de căldură suplimentare:

adezivi;
plăci izolatoare;
materiale pentru umplerea golurilor de aer etc.

Caloriferele din aluminiu sunt cele mai comune: sunt bine presate și fac față destul de bine eliminării căldurii.

Radiatoare din aluminiu pentru LED-uri de 1 W

Cupru

Cuprul are o conductivitate termică mai mare decât aluminiul, astfel încât în unele cazuri utilizarea lui pentru fabricarea radiatoarelor este justificată. În general acest material inferior aluminiului în ceea ce privește ușurința construcției și fabricabilitatea (cuprul este un metal mai puțin maleabil).

Este imposibil să fabricați un radiator de cupru folosind metoda de presare, care este cea mai economică metodă. Iar procesarea de tăiere produce un procent mare de deșeuri de material scump.

Radiatoare de cupru

ceramică

Una dintre cele mai opțiuni bune Radiatorul de căldură este un substrat ceramic pe care sunt pre-aplicate căile de transport de curent. LED-urile sunt lipite direct de ele. Acest design vă permite să eliminați de două ori mai multă căldură decât radiatoarele metalice.

Bec cu calorifer ceramic

Materiale plastice care disipează căldura

Din ce în ce mai mult, apar informații despre perspectivele înlocuirii metalului și ceramicii cu plastic care disipa căldura. Interesul pentru acest material este de înțeles: plasticul costă mult mai puțin decât aluminiul, iar fabricabilitatea lui este mult mai mare. Cu toate acestea, conductivitatea termică plastic obișnuit nu depășește 0,1-0,2 W/m.K. Este posibil să se obțină o conductivitate termică acceptabilă a plasticului prin utilizarea diferitelor materiale de umplutură.

La înlocuirea unui calorifer din aluminiu cu unul din plastic (de dimensiuni egale), temperatura în zona de alimentare cu temperatură crește doar cu 4-5%. Avand in vedere ca conductivitatea termica a plasticului care disipa caldura este mult mai mica decat cea a aluminiului (8 W/m.K fata de 220-180 W/m.K), putem concluziona: materialul plastic este destul de competitiv.

Bec cu radiator termoplastic

Caracteristici de design

Radiatoarele structurale sunt împărțite în două grupe:

în formă de ac;
cu nervuri.

Primul tip este folosit în principal pentru răcirea naturală a LED-urilor, al doilea - pentru răcirea forțată. Cu dimensiuni de gabarit egale, un radiator cu ac pasiv este cu 70% mai eficient decât unul cu aripioare.

Radiatoare tip ac pentru LED-uri de mare putere și SMD

Dar asta nu înseamnă că radiatoarele cu plăci (cu aripioare) sunt potrivite doar pentru a lucra în tandem cu un ventilator. În funcție de dimensiunile lor geometrice, pot fi folosite și pentru răcirea pasivă.

Lampa LED cu calorifer nervurat

Atenție la distanța dintre plăci (sau ace): dacă este de 4 mm, produsul este proiectat pentru disiparea naturală a căldurii, dacă distanța dintre elementele radiatorului este de numai 2 mm, acesta trebuie să fie echipat cu un ventilator;

Ambele tipuri de calorifere secțiune transversală poate fi pătrată, dreptunghiulară sau rotundă.

Calculul suprafeței radiatorului

Metodele pentru calcularea cu precizie a parametrilor radiatorului implică luarea în considerare a mai multor factori:

parametrii aerului ambiental;
zona de dispersie;
configurația radiatorului;
proprietățile materialului din care este realizat schimbătorul de căldură.

Dar toate aceste subtilități sunt necesare pentru ca proiectantul să dezvolte un radiator. Radioamatorii folosesc cel mai adesea radiatoare vechi luate de la echipamente radio care au expirat. Tot ce trebuie să știe este care este puterea maximă de disipare a schimbătorului de căldură.

Ф = а x Sх (T1 – T2), unde

Ф – debitul de căldură (W);
S este suprafața radiatorului (suma suprafețelor tuturor aripioarelor sau acelor și substratului în mp). Când se calculează suprafața, trebuie reținut că aripioarele sau placa are două suprafețe de disipare a căldurii. Adică, aria radiatorului unui dreptunghi cu o suprafață de 1 cm2 va fi de 2 cm2. Suprafața acului se calculează ca circumferință (π x D) înmulțită cu înălțimea sa;
Т1 – temperatura mediului de îndepărtare a căldurii (limită), K;
Т2 – temperatura suprafeței încălzite, K;
a este coeficientul de transfer termic. Pentru suprafețele nelustruite se presupune că este de 6-8 W/(m2K).

Există o altă formulă simplificată, obținută experimental, prin care puteți calcula suprafața necesară a radiatorului:

S = x W, unde

S – zona schimbătorului de căldură;
W – puterea furnizată (W);
M – putere LED neutilizată.

Pentru radiatoarele cu aripioare din aluminiu, puteți folosi datele aproximative furnizate de specialiștii taiwanezi:

1 W – de la 10 la 15 cm2;
3 W – de la 30 la 50 cm2;
10 W – aproximativ 1000 cm2;
60 W – de la 7000 la 73000 cm2.

Cu toate acestea, trebuie remarcat faptul că datele de mai sus sunt inexacte, deoarece sunt indicate în intervale cu un interval destul de mare. În plus, aceste valori au fost determinate pentru clima din Taiwan. Ele pot fi folosite doar pentru calcule preliminare.

Puteți obține cel mai de încredere răspuns despre modul optim de a calcula suprafața radiatorului în următorul videoclip:

Fă-o singur

Radioamatorii se angajează rareori la fabricarea radiatoarelor, deoarece acest element este un element critic care afectează direct durabilitatea LED-ului. Dar în viață există diferite situații când trebuie să faci un radiator din mijloace improvizate.

Opțiunea 1

Cel mai simplu design al unui calorifer de casă este un cerc tăiat dintr-o foaie de aluminiu cu tăieturi făcute pe ea. Sectoarele rezultate sunt ușor îndoite (rezultatul este ceva similar cu un rotor de ventilator).

De-a lungul axelor radiatorului, 4 antene sunt îndoite pentru a atașa structura de corpul lămpii. LED-ul poate fi asigurat cu pastă termică cu șuruburi autofiletante.

Opțiunea 1 - calorifer de casa aluminiu

Opțiunea 2

Puteți face singur un calorifer pentru un LED dintr-o bucată de țeavă dreptunghiulară și un profil de aluminiu.

Materiale necesare:

teava 30x15x1,5;
masina de spalat presa cu diametrul de 16 mm;
lipici fierbinte;
pasta termica KTP 8;
profil 265 (în formă de W);
șuruburi autofiletante

Pentru a îmbunătăți convecția, trei găuri cu diametrul de 8 mm sunt găurite în țeavă și găuri cu un diametru de 3,8 mm sunt găurite în profil pentru fixarea acestuia cu șuruburi autofiletante.

LED-urile sunt lipite de țeavă - baza radiatorului - folosind adeziv termofuzibil.

Un strat de pastă termică KTP 8 este aplicat la îmbinările pieselor radiatorului. Apoi structura este asamblată cu șuruburi autofiletante cu o șaibă.

Metode de atașare a LED-urilor la un radiator

LED-urile sunt atașate la calorifere în două moduri:

mecanic;
lipirea.

Puteți lipi LED-ul folosind lipici fierbinte. Pentru a face asta pe suprafata metalica se aplică o picătură de adeziv, apoi se pune un LED pe ea.

Pentru a obține o conexiune puternică, LED-ul trebuie apăsat cu o greutate mică timp de câteva ore până când adezivul se usucă complet.

Cu toate acestea, majoritatea radioamatorilor preferă fixare mecanică LED-uri. Acum sunt produse panouri speciale care pot fi folosite pentru a monta rapid și fiabil un LED.

Unele modele au cleme pentru optica secundară. Instalarea este simplă: pe radiator este instalat un LED și pe acesta este instalată o priză, care este atașată la bază cu șuruburi autofiletante.

Dar nu numai radiatoarele pentru LED-uri pot fi realizate independent. Pentru cei cărora le place să lucreze cu plantele, vă recomandăm să vă familiarizați cu iluminatul LED.

Răcirea de înaltă calitate a LED-ului este cheia longevității LED-ului. Prin urmare, alegerea unui radiator trebuie abordată cu maximă seriozitate. Cel mai bine este să folosiți schimbătoare de căldură gata făcute: acestea sunt vândute în magazinele de radio. Radiatoarele nu sunt ieftine, dar sunt ușor de instalat, iar LED-ul protejează mai fiabil împotriva căldurii în exces.

Există date aproximative de la specialiștii taiwanezi pentru radiatoarele cu aripioare din aluminiu:

1W 10-15kv/cm
3W 30-50kv/cm
6W 150-250kv/cm
15W 900-1000kv/cm
24W 2000-2200kv/cm
60W 7000-73000kv/cm

Aceste date sunt pentru răcirea pasivă.

Dar aceste date au fost calculate pentru ei condiții climaticeşi totuşi sunt aproximative pentru că valorile nu sunt exacte, există o diferență de zonă.

Pentru a calcula, trebuie să cunoașteți următorii parametri:

1. Trebuie să înțelegeți ce tip de radiator veți folosi:

farfurie, ac, nervurat

Lamelar

Ac (ac)

Cu nervuri

2. De asemenea, trebuie să țineți cont de materialul din care este fabricat caloriferul. Cel mai adesea este cupru sau aluminiu, dar recent au apărut și hibrizii.

Hibrizii au o placă de cupru încorporată, care este în contact cu elementul de lucru (elementul care necesită răcire, în acest caz LED-ul), apoi aluminiu.

3. Radiatorul se calculează nu după suprafață, ci după suprafața de dispersie utilă.

4. Următorul factor este modul în care căldura este îndepărtată de la elementul de lucru către calorifer, adică. se aplică pastă termică sau bandă termică, sau pur și simplu lipită.

5. Va fi util să cunoașteți rezistența cristalului - corp LED

6. Va exista o răcire suplimentară a radiatorului și ce fel de răcire va fi:

Folosind un răcitor (ventilator mic):

Racirea apei:

Desigur, răcirea cu apă va fi mai eficientă decât un simplu răcitor, dar răcirea cu acesta, în funcție de putere, vă va permite să reduceți suprafața radiatorului de 3-5 ori. Dar cu apă pot apărea și alte probleme, cum ar fi scurgerile din sistem, de exemplu.

7. De asemenea, este necesar să se țină cont de puterea furnizată, adică. dacă LED-ul funcționează la maximul capacităților sale, atunci va avea nevoie de mai multă răcire, puterea în exces se va transforma complet în căldură, dar dacă sarcina este redusă, să zicem, la jumătate, atunci supraîncălzirea va fi mult mai mică.

De asemenea, ar trebui să luați în considerare locația dispozitivului în interior sau în exterior în care va fi utilizat.

Există și o formulă pe Internet, obținută experimental, care poate fi utilă:

Răcitor S = (22-(M x 1,5)) x W
S – zona radiatorului (răcitorului).
W – puterea furnizată în wați
M – putere LED rămasă nefolosită

Cu zona rezultată, nu este necesar un dispozitiv suplimentar de răcire a radiatorului; naturalși va asigura o bună disipare a căldurii în orice condiții.
Formula este aplicabilă pentru un radiator din aluminiu. Pentru cupru, suprafața va fi redusă de aproape 2 ori.

Conductibilitatea termică în W/m * °C a diferitelor materiale

argint - 407

aur - 308

aluminiu - 209

alamă - 111

platină - 70

fontă gri - 50

bronz - 47-58

Durata de viață declarată a LED-urilor este de zeci de mii de ore. Pentru a obține o performanță atât de înaltă fără a compromite performanța optică, LED-urile de mare putere trebuie utilizate împreună cu un radiator. Acest articol va permite cititorului să găsească răspunsuri la întrebări legate de calculul și selecția unui radiator, modificările acestora și factorii care afectează disiparea căldurii.

De ce este nevoie?

Alături de alte dispozitive semiconductoare, LED-ul nu este un element ideal cu o eficiență de 100%. Cea mai mare parte a energiei pe care o consumă este disipată în căldură. Valoarea exactă a eficienței depinde de tipul de diodă emițătoare și de tehnologia de fabricație a acesteia. Eficiența LED-urilor cu curent scăzut este de 10-15%, iar pentru cele albe moderne cu o putere mai mare de 1 W, valoarea acestuia ajunge la 30%, ceea ce înseamnă că restul de 70% este cheltuit sub formă de căldură.

Oricare ar fi LED-ul, pentru o funcționare stabilă și pe termen lung necesită o îndepărtare constantă a energiei termice din cristal, adică un radiator. La LED-urile cu curent redus, funcția de radiator este îndeplinită de cabluri (anod și catod). De exemplu, în SMD 2835 plumbul anodului ocupă aproape jumătate din partea inferioară a elementului. La LED-urile de mare putere, valoarea absolută a disipării puterii este cu câteva ordine de mărime mai mare. Prin urmare, nu pot funcționa normal fără un radiator suplimentar. Supraîncălzirea constantă a cristalului emițător de lumină reduce semnificativ durata de viață a dispozitivului semiconductor și contribuie la o pierdere treptată a luminozității cu o schimbare a lungimii de undă de funcționare.

feluri

Din punct de vedere structural, toate caloriferele pot fi împărțite în trei grupuri mari: placă, tijă și nervură. În toate cazurile, baza poate fi sub formă de cerc, pătrat sau dreptunghi. Grosimea bazei este de o importanță fundamentală la alegere, deoarece această zonă este responsabilă pentru recepția și distribuirea uniformă a căldurii pe întreaga suprafață a radiatorului.

Factorul de formă al radiatorului este influențat de viitorul mod de funcționare:

cu ventilație naturală;
cu ventilație forțată.

Un radiator de racire pentru LED-uri care va fi folosit fara ventilator trebuie sa aiba o distanta intre aripioare de minim 4 mm. În caz contrar, convecția naturală nu va fi suficientă pentru a elimina cu succes căldura. Un exemplu izbitor servesc ca sisteme de răcire pentru procesoarele computerelor, unde datorită ventilator puternic distanța dintre coaste se reduce la 1 mm.

La proiectarea lămpilor LED mare importanță dat lor aspect, care are un impact enorm asupra formei radiatorului. De exemplu, sistemul de eliminare a energiei termice a unei lămpi LED nu ar trebui să depășească standardul în formă de pară. Acest fapt îi obligă pe dezvoltatori să recurgă la diverse trucuri: folosirea plăcilor de circuite imprimate cu o bază de aluminiu, conectarea acestora la carcasa radiatorului folosind adeziv termofuzibil.

Materiale pentru radiatoare

În prezent, răcirea LED-urilor de mare putere se realizează în principal folosind radiatoare din aluminiu. Această alegere se datorează ușurinței, costului redus, flexibilității în prelucrare și proprietăților bune de conducție a căldurii ale acestui metal. Instalarea unui radiator de cupru pentru un LED este justificată într-un corp de iluminat în care dimensiunea este de o importanță capitală, deoarece cuprul disipează căldura de două ori la fel de bine decât aluminiul. Să luăm în considerare mai detaliat proprietățile materialelor care sunt cele mai des folosite pentru răcirea LED-urilor de mare putere.

Aluminiu

Coeficientul de conductivitate termică al aluminiului este în intervalul 202-236 W/m*K și depinde de puritatea aliajului. Conform acestui indicator, este de 2,5 ori mai mare decât fierul și alama. În plus, aluminiul poate fi tipuri diferite prelucrare mecanică. Pentru a crește proprietățile de disipare a căldurii calorifer din aluminiu anodizat (acoperit cu negru).

Cupru

Conductivitatea termică a cuprului este de 401 W/m*K, pe locul doi după argint printre alte metale. Cu toate acestea, radiatoarele de cupru sunt mult mai puțin comune decât cele din aluminiu, ceea ce se datorează prezenței unui număr de dezavantaje:

costul ridicat al cuprului;
prelucrare mecanică complexă;
masa mare.

Utilizarea unei structuri de răcire din cupru duce la o creștere a costului lămpii, ceea ce este inacceptabil în condiții de concurență acerbă.

ceramică

O nouă soluție pentru crearea unor radiatoare extrem de eficiente a devenit ceramica cu nitrură de aluminiu, a cărei conductivitate termică este de 170–230 W/m*K. Acest material se caracterizează prin rugozitate scăzută și proprietăți dielectrice ridicate.

Folosind termoplastic

În ciuda faptului că proprietățile materialelor plastice conductoare termic (3–40 W/m*K) sunt mai slabe decât cele ale aluminiului, principalele lor avantaje sunt costul redus și ușurința. Mulți producători Lămpi cu LED-uri Pentru realizarea carcasei se folosește termoplastic. Cu toate acestea, termoplasticul pierde concurența față de radiatoarele metalice în proiectarea lămpilor LED cu o putere mai mare de 10 W.

Caracteristici de răcire ale LED-urilor de mare putere

După cum am menționat mai devreme, îndepărtarea eficientă a căldurii de pe LED poate fi realizată prin organizarea răcirii pasive sau active. Este recomandabil să instalați LED-uri cu un consum de putere de până la 10 W pe caloriferele din aluminiu (cupru), deoarece indicatorii lor de greutate și dimensiune vor avea valori acceptabile.

Utilizarea răcirii pasive pentru matrice LED cu o putere de 50 W sau mai mult devine dificilă; Dimensiunile radiatorului vor fi de zeci de centimetri, iar greutatea va crește la 200-500 de grame. În acest caz, merită să luați în considerare utilizarea unui calorifer compact împreună cu un ventilator mic. Acest tandem va reduce greutatea și dimensiunea sistemului de răcire, dar va crea dificultăți suplimentare. Ventilatorul trebuie să fie furnizat cu tensiunea de alimentare adecvată și trebuie avut grijă să se asigure o oprire de protecție Lampa cu LEDîn cazul defectării răcitorului.

Există o altă modalitate de a răci matrice LED puternice. Constă în folosirea unui modul SynJet gata făcut, care arată ca un cooler pentru o placă video de performanță medie. Modulul SynJet se caracterizează prin performanță ridicată, rezistență termică de cel mult 2 °C/W și o greutate de până la 150 g Dimensiunile și greutatea exactă depind de modelul specific. Dezavantajele includ necesitatea unei surse de alimentare și costul ridicat. Ca urmare, rezultă că o matrice LED de 50 W trebuie montată fie pe un calorifer voluminos, dar ieftin, fie pe un calorifer mic cu ventilator, alimentare și sistem de protecție.

Oricare ar fi radiatorul, acesta poate oferi un contact termic bun, dar nu cel mai bun, cu substratul LED. Pentru a reduce rezistența termică, pe suprafața contactată se aplică pastă termoconductoare. Eficacitatea impactului său a fost dovedită prin utilizarea sa pe scară largă în sistemele de răcire pentru procesoarele computerelor. Pasta termică de înaltă calitate este rezistentă la întărire și are vâscozitate scăzută. Când se aplică pe un radiator (substrat), este suficient un strat subțire și uniform pe întreaga zonă de contact. După presare și fixare, grosimea stratului va fi de aproximativ 0,1 mm.

Calculul suprafeței radiatorului

Există două metode pentru a calcula un radiator pentru un LED:

proiectare, a cărui esență este de a determina dimensiunile geometrice ale structurii la o temperatură dată;
calibrare, care presupune funcționarea în ordine inversă, adică cu parametri cunoscuți ai radiatorului, este posibil să se calculeze suma maxima căldură, pe care este capabil să o disipeze eficient.

Utilizarea uneia sau a alteia opțiuni depinde de datele inițiale disponibile. Oricum calcul exact este o problemă matematică complexă cu mulți parametri. Pe lângă capacitatea de a utiliza literatura de referință, luați datele necesare din grafice și înlocuiți-le în formulele adecvate, ar trebui să luați în considerare configurația tijelor sau aripioarelor radiatorului, direcția acestora, precum și influența factori externi. De asemenea, merită luată în considerare calitatea LED-urilor în sine. Adesea, la LED-urile fabricate în China, caracteristicile reale diferă de cele declarate.

Calcul exact

Înainte de a trece la formule și calcule, este necesar să se familiarizeze cu termenii de bază din domeniul distribuției energiei termice. Conducția termică este procesul de transfer de energie termică de la un corp fizic mai încălzit la unul mai puțin încălzit. Conductivitatea termică este exprimată cantitativ ca un coeficient care arată cât de multă căldură poate transfera un material printr-o unitate de suprafață atunci când temperatura se schimbă cu 1°K. În lămpile LED, toate părțile implicate în schimbul de energie trebuie să aibă o conductivitate termică ridicată. În special, aceasta se referă la transferul de energie de la cristal la carcasă și apoi la radiator și aer.

Convecția este, de asemenea, un proces de transfer de căldură care are loc datorită mișcării moleculelor de lichide și gaze. În ceea ce privește lămpile cu LED-uri, se obișnuiește să se ia în considerare schimbul de energie între radiator și aer. Aceasta poate fi convecția naturală, care apare din cauza mișcării naturale a fluxului de aer, sau forțată, organizată prin instalarea unui ventilator.

La începutul articolului se spunea că aproximativ 70% din puterea consumată de un LED este consumată sub formă de căldură. Pentru a calcula un radiator pentru LED-uri, trebuie să știți suma exacta energie disipată. Pentru a face acest lucru folosim formula:

P T =k*U PR *I PR, unde:

P T – puterea degajată sub formă de căldură, W;
k este un coeficient care ia în calcul procentul de energie transformată în căldură. Această valoare pentru LED-urile de mare putere este luată egală cu 0,7-0,8;
U PR – căderea de tensiune directă pe LED atunci când curge curentul nominal, V;
I PR – curent nominal, A.

Este timpul să numărăm numărul de obstacole situate pe calea fluxului de căldură de la cristal la aer. Fiecare obstacol reprezintă o rezistență termică, indicată prin simbolul (Rθ, grade/W). Pentru claritate, întregul sistem de răcire este prezentat sub forma unui circuit echivalent de conectare serie-paralel a rezistențelor termice

Rθ ja = Rθ jc + Rθ cs + Rθ sa , unde:

Rθ jc – rezistența termică a carcasei de joncțiune p-n;
Rθ cs – rezistența termică a radiatorului carcasă-suprafață;
Rθ sa – rezistență termică radiator-aer (radiator de suprafață-aer).

Dacă intenționați să instalați un LED pe o placă de circuit imprimat sau să utilizați pastă termică, atunci trebuie să luați în considerare și rezistența lor termică. În practică, valoarea Rθsa poate fi determinată în două moduri.

Rθ ja – rezistența p-n-joncțiune-aer;
T j – Temperatura maxima joncțiune p-n (parametru de referință), °C;
T a – temperatura aerului în apropierea radiatorului, °C.

Rθ sa = Rθ ja -Rθ jc -Rθ cs , unde Rθ jc și Rθ cs sunt parametri de referință.

Găsiți din grafic „dependența rezistenței termice maxime de curentul direct”.

Pe baza Rθ sa cunoscută, este selectat un radiator standard. În acest caz, valoarea nominală a rezistenței termice ar trebui să fie puțin mai mică decât valoarea calculată.

Formula aproximativă

Mulți radioamatori sunt obișnuiți să folosească radiatoare rămase de la echipamente electronice vechi în produsele lor de casă. În același timp, nu doresc să se aprofundeze în calcule complexe și să cumpere produse noi și scumpe importate. De regulă, ei sunt interesați doar de o singură întrebare: „Câtă putere poate disipa radiatorul LED din aluminiu existent?”

Vă sugerăm să utilizați o formulă empirică simplă care vă permite să obțineți un rezultat de calcul acceptabil: Rθ sa =50/√S, unde S este aria suprafeței radiatorului în cm 2.

Înlocuind în această formulă valoare cunoscută suprafața totală a radiatorului, ținând cont de suprafața nervurilor (tijelor) și a fețelor laterale, obținem rezistența termică a acestuia.

Puterea disipată admisă se găsește din formula: P t =(T j -T a)/Rθ ja.

Calculul de mai sus nu ia în considerare multe nuanțe care afectează calitatea funcționării întregului sistem de răcire (direcționalitatea radiatorului, caracteristicile de temperatură ale LED-ului etc.). Prin urmare, se recomandă înmulțirea rezultatului obținut cu un factor de siguranță de 0,7.

Radiator LED DIY

Nu este dificil să faci un calorifer din aluminiu pentru LED-uri de 1, 3 sau 10 W cu propriile mâini. Să luăm în considerare mai întâi design simplu, a cărui producție va dura aproximativ o jumătate de oră și o placă rotundă de 1-3 mm grosime. De-a lungul circumferinței, se fac tăieturi în centru la fiecare 5 mm, iar sectoarele rezultate sunt ușor îndoite, astfel încât design finit semăna cu un rotor. Pentru atașarea caloriferului la caroserie, se fac găuri în mai multe sectoare. Este puțin mai dificil să faci un radiator de casă pentru un LED de 10 wați. Pentru a face acest lucru, aveți nevoie de 1 metru bandă de aluminiu 20 mm latime si 2 mm grosime. Mai întâi, banda este tăiată cu un ferăstrău în 8 părti egale, care sunt apoi stivuite, găurite și strânse cu un șurub și o piuliță. Una dintre fețele laterale este lustruită pentru a monta matricea LED. Folosind o daltă, benzile sunt îndoite în direcții diferite. Găurile sunt găurite în locurile unde este atașat modulul LED. Pe suprafața șlefuită se aplică adezivul topitor la cald, deasupra se aplică o matrice, fixând-o cu șuruburi autofiletante.

Radiatoare ieftine pentru proiecte de bricolaj amatori

Mai ales pentru radioamatorii cărora le place să experimenteze materiale diferite pentru a elimina căldura și, în același timp, nu doriți să cheltuiți bani pe produse finite scumpe, vă vom oferi câteva recomandări pentru găsirea și realizarea caloriferelor cu propriile mâini. Pentru răcire Benzi LED si rigle, un profil de mobilier din aluminiu este perfect. Acestea pot fi ghidaje pentru dulapuri glisante sau accesorii de bucătărie, din care restul pot fi achiziționate contra cost într-un magazin de mobilă.

Pentru a răci matricele LED de 3-10 W, sunt potrivite radiatoarele realizate din casetofone și amplificatoare sovietice, care sunt mai mult decât suficiente pe piețele radio din fiecare oraș. De asemenea, puteți utiliza piese de schimb din echipamente vechi de birou.

Răcirea de casă pentru un LED de 50 W poate fi realizată dintr-un radiator de la o motoferăstrău sau o mașină de tuns iarba defecte, tăind-o în mai multe părți. Puteți cumpăra astfel de piese de schimb din atelierele de reparații la prețul deșeurilor. Desigur, în acest caz poți uita de calitățile estetice ale lămpii LED.

Citeste si