Радиатор для светодиодов своими руками

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 см²/Вт.

Это значит, что на каждый ватт LED света нужно использовать радиатор площадью порядка 30 см².

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 70-100см². 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 300см². 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 60см². 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.

Понравилась статья? Расскажите о ней! Вы нам очень поможете:)

svetodiodinfo.ru

Радиатор охлаждения для светодиодов – расчеты, как сделать?

Светодиоды, которые появились на рынке радиоэлектроники сравнительно недавно, уже прочно заняли лидерские позиции по отношению к другим источникам света. Они наиболее экономичны в плане расхода электроэнергии, более компактны и удобны в использовании и обладают меньшим выделением тепла.

И все же, насколько бы высокотехнологичным ни был светодиод, повышения температуры при его работе не избежать. К тому же при нагреве подобный LED-элемент в силу своих конструктивных особенностей начинает терять силу светового потока.

Конечно, если это обычный DIP-светодиод с двумя ножками-контактами, ему вполне хватает внешнего охлаждения. Но если взять более мощные элементы, то тут уже стоит задуматься о радиаторе охлаждения для светодиодов, который бы помог отведению тепла от источника света.

Если обратить внимание на подобные устройства охлаждения в магазинах, то можно понять, насколько велика их стоимость. Что же тогда делать?

Остается разобраться, возможно ли самому, своими руками сделать радиатор для определенного светодиода или группы светодиодов, как это выполнить, и насколько это сложно. Вот сейчас мы постараемся решить этот вопрос.

А нужен ли радиатор?

Для начала есть смысл понять, нужен ли охлаждающий радиатор для светодиода и если да, то зачем.

Дело в том, что по эффективности, если брать слаботочные диодные излучатели, их коэффициент полезного действия составляет лишь 15–17%. При этом понятно, что остальная энергия уйдет на выделение тепла. Конечно, КПД более мощных светодиодов (больше 1 ватта) в 2 раза выше, но ведь и энергии они потребляют больше.

Так что любой подобный световой прибор в итоге выделяет некое количество тепла, которое должно куда-то уйти. К примеру, в световом диоде СМД2835 контакт анода составляет чуть меньше половины компонента, он-то и обеспечивает необходимый отток тепла, и это притом, что он является слаботочным. Получается, что он уже с радиатором. А вот мощные светодиоды требуют к себе большего внимания.

При постоянно повышенной температуре кристалла длина волн излучения смещается, в результате чего снижается яркость и сильно уменьшается срок службы. Выходит, что без радиатора при самостоятельном монтаже схемы с применением мощных светодиодов никак не обойтись.

Существующие виды радиаторов

Радиаторы для светодиодов

Охлаждающие устройства делятся по конструктивным особенностям на 3 основных типа и могут иметь круглую, квадратную или прямоугольную форму, независимо от того, пластинчатый это радиатор, стержневой или ребристый.

Выбирая охладитель или изготавливая его собственноручно, нужно обратить особое внимание на толщину его основания, ведь как раз оно примет на себя основное тепло, которое затем равномерно распределит по другим частям радиатора.

На выбор формы охлаждающего приспособления влияет устройство самого будущего прибора, а именно то, как он будет охлаждаться, будет ли вентиляция принудительной или естественной.

От этого зависит расстояние между пластинами. При условии отсутствия принудительной вентиляции оно не может быть меньше 4 миллиметров. Если же условие не соблюдено, то толку от подобного устройства охлаждения не будет.

А вот форма значения для охлаждения не имеет. Примером могут послужить светодиодные лампы. Проектировщикам приходится, наверное, изрядно потрудиться, придумывая вариант, при котором теплоотвод не будет выходить за размеры и форму самой лампочки, не испортит внешнего вида и при этом эффективно выполнит свою работу. Иногда в таких случаях охлаждающее устройство крепится специальным теплопроводящим клеем непосредственно к печатной плате.

Исходный материал

Для изготовления теплоотвода в наши дни чаще всего используется алюминий. Все дело в том, что этот материал очень удобен для подобных целей, и при этом достаточно дешев. Но если имеют значение габариты изделия, тогда лучше меди вряд ли удастся что-то найти, т. к. она обладает большей проводимостью тепла, а значит и теплоотвод по размеру получится в 2 раза меньше.

Но ведь не только эти два материала подходят для изготовления охлаждающего устройства? Имеет смысл понять, из какого еще сырья можно сделать теплоотвод и в чем их различия.

Алюминий

Алюминиевый радиатор

По уровню теплопроводности средний показатель колеблется в диапазоне от 200 до 240 Вт/м*К, что превышает тот же параметр латуни и железа почти в 3 раза. В основном он зависит от наличия и количества примесей в алюминии. Конечно, это удобный в обработке металл, потому и столь распространен, но все же при условии, что корпус устройства мал, а охлаждение требуется приличное, алюминиевый радиатор уступает меди.

Медь

Показатель данного металла в 2 раза превышает теплопроводность алюминия, уступая пальму первенства лишь такому благородному металлу, как серебро, и составляет 400 Вт/м*К. Но при том, что медь так хорошо охлаждает, такие радиаторы встречаются довольно редко. Все дело в том, что она довольно дорога, если сравнивать с алюминием, да к тому же сложна в механической обработке и имеет большую массу.

Медный радиатор

Получается, если в лампу на светодиодах устанавливать медные охладители, то возрастет его цена, а это неприемлемо, т. к. в итоге фирма в условиях жесткого рынка станет неконкурентоспособна.

Керамика

Параметр теплопроводности близок к параметрам алюминия и составляет 175–235 Вт/м*К. Удобна керамика тем, что сама является диэлектриком, что немаловажно в электронных и электрических схемах.

И все же при подобной теплопроводности она проигрывает другому, очень удобному в обращении материалу.

Термопластик

Конечно, параметры теплопроводности термопластика немного ниже, чем у алюминия (от 5 до 40 Вт/м*К), но у него есть некоторые преимущества. Помимо диэлектрических свойств он еще очень легок и имеет низкую стоимость. Только вот при проектировке ламп на светодиодах мощнее 10 ватт он явно проигрывает алюминию и меди.

Охлаждение светодиодов большой мощности

Конечно, светодиоды, имеющие мощность выше 10 Вт и ниже 50 Вт, нет смысла обеспечивать принудительной вентиляцией – с их охлаждением могут вполне справиться радиаторы из меди или алюминия. А вот при большей мощности это становится проблематичным. Конечно, нет ничего невозможного, но имеет ли смысл оставлять естественное охлаждение при высокой мощности прибора, если вес только охлаждающего устройства будет 400 грамм и более?

В таком случае придется поразмышлять, как скомпоновать радиатор с небольшим кулером. Конечно, это создаст некоторые затруднения в плане оборудования отсечения питания в случае выхода из строя вентилятора, а также и его питания, но зато поможет снизить вес светодиодного светильника.

Выходит, что человек ставится перед выбором – либо тяжелый и габаритный, но сравнительно дешевый охлаждающий элемент, либо установка компактного радиатора, имеющего малый вес, с кулером, устройством питания и автоматикой отключения.

На это можно сказать, что как бы ни было хорошо устройство охлаждения, оно не обеспечит идеального теплового сопротивления. Вот как раз для его снижения и применяется специальная термопаста. Практическим опытом обосновано, что она достаточно эффективна, а потому и применяется повсеместно и в компьютерной технике, и в бытовой электронике. Если она хорошего качества, то у нее будет низкая вязкость и хорошая устойчивость к затвердеванию при повышении температуры.

 

Радиатор с кулером

Площадь элемента охлаждения

Рассчитать площадь охлаждающего элемента для светодиодной лампы можно двумя способами – проектным и поверочным.

Суть проектного состоит в том, чтобы определить геометрические размеры охлаждаемого прибора, а поверочный способ – действие от обратной точки, т. е. зная возможности радиатора по его размерам, нужно высчитать, на какой объем теплообмена он будет способен.

Конечно, решать, какой из вариантов наиболее приемлем, нужно отдельно в каждом конкретном случае, исходя из имеющихся данных, но при любом выборе необходимо понимать, что требуется решение точной математической задачи с формулами и множеством неизвестных. К тому же, кроме справочной литературы понадобятся данные графиков с подставлением к ним необходимых формул, а также учет не только размера и направленности решетки, которую имеет теплоотвод, но и внешних влияний.

А еще имеет смысл учесть страну-производителя светодиодов, т. к. китайцы часто «радуют» несоответствием заявленных характеристик реальным.

Формула расчета радиатора

Это естественно, что многим не хочется из-за пары приборов вникать в столь сложные дебри формул и таблиц, которых нужно пересмотреть огромное множество. Но как сделать расчет? Существует более упрощенный вариант вычислений. Конечно, он немного поверхностен и не учитывает некоторых факторов, но все же рассчитать размеры теплоотводящего элемента, хоть и примерно, поможет.

Если принять то, что S в данной формуле является площадью охлаждающего элемента (в кв. см), то выглядеть она будет следующим образом: Rθsa = 50/√S.

Необходимо подставить в нее площадь радиатора, не забывая учесть и ребра, и боковые грани, и можно получить данные элемента охлаждения по его теплопроводному сопротивлению.

Ну а по следующей формуле можно вычислить параметры мощности рассеивания: Pт = (Tj-Ta)/Rθja.

Т. к. это наилегчайший способ вычисления, и он не учитывает множество нюансов, то получившиеся данные можно смело умножить на погрешность, т. е. на 0.7.

lampagid.ru

Радиаторы LED ламп: типы радиаторов светодиодных ламп

Типы радиаторов светодиодных ламп. Радиаторы LED ламп.

В процессе работы LED ламп светодиоды выделяют достаточно много тепла, для нормальной работы и продолжительной службы светодиодов им требуется охлаждение, в LED лампах функцию теплоотвода выполняют радиаторы.

Наличие радиатора актуально в первую очередь для светодиодных ламп, где светодиоды закрыты колбой или линзой, в некоторых моделях ламп по типу «кукурузы» светодиоды не закрываются колбой и теплоотвод происходит беспрепятственно, для таких ламп зачастую радиатор не используется.

В LED лапах для отвода тепла используются несколько типов радиаторов:

Алюминиевый радиатор LED ламп.

Радиатор имеет гладкую тонкую поверхность из алюминия, для дополнительного отвода тепла в корпусе могут присутствовать вентиляционные отверстия. Алюминиевые радиаторы обычно покрываются лаком или краской.

Алюминиевый радиатор с ребрами для светодиодных ламп.

Алюминиевый радиатор с ребрами обладает достаточно высоким теплоотводом, ребра, размещённые по всей площади радиатора значительно улучшают теплоотвод.

Керамический радиатор LED лампы.

Керамические радиаторы достаточно эффективный способ охлаждения, также керамика в отличие от алюминия — диэлектрик, не проводит ток, что позволяет размещать модули светодиодов прямо на радиаторе.

Композитный радиатор LED лампы.

Композитный радиатор состоит из алюминиевого корпуса покрытого тонким слоем теплопроводящего пластика. Лампа с композитным радиатором имеет максимально приближённый вид по форме и внешнему виду к лампам накаливания.

Пластиковый радиатор LED лампы.

Наиболее простой вариант радиатора, но и наименее эффективный в плане охлаждения. Для изготовления используется терморассеивающий пластик.

Пластиковые радиаторы зачастую используются в светодиодных лампах низкого качества.

Похожие статьи

Поделиться в соц. сетях

led-lampu.ru

Радиаторы светодиодных ламп: назначение, виды

Светодиодные лампы с радиатором выглядят непривычно и на первый взгляд кажутся громоздкими, особенно, если сравнивать их с обычными лампами накаливания. Для чего он нужен LED-лампе и каковы его главные функции?

Назначение

Светодиодная лампа, при всех ее достоинствах, имеет один значительный «недостаток» — во время работы светодиод вырабатывает значительное количество тепла. В то же время перегрев светодиода негативно сказывается на его функциях – светильник быстрее выходит из строя или становится тусклым быстрее, чем предусмотрено конструкцией.

Чтобы этого не происходило, светодиодные лампочки оборудуют радиаторами охлаждения. Их главное предназначение – отводить тепло от платы, на которой установлены светодиоды. Выглядит как множество пластинок в средней части лампы, причем он может быть намного больше, чем ее светящаяся часть.

Размеры зависят от мощности самой лампы, а также от материала, из которого сделан радиатор. Чем больше мощность, тем больше будет радиатор и тяжелее лампа.

Из каких материалов делают радиаторы

Алюминий – изделия из данного материала считаются самыми удачными: они легче, чем радиаторы из других материалов, и обладают большой теплопроводностью. Но при этом алюминиевые самые дорогие.

Радиаторы из алюминия бывают ребристыми и гладкими. Более эффективным считается первый тип, второй используется лишь в недорогих и небольших лампочках.

Керамика – внешне напоминает пластик, но тяжелее и более гладкая на ощупь. Встречается на рынке достаточно редко.

Композитный материал – представляет собой алюминий, покрытый тонким слоем пластика. Стоит дешевле, чем алюминиевый, внешне напоминает пластиковый.

Пластик или стекло – используется в самых дешевых лампах, поскольку теплопроводность этих материалов весьма ограничена, и мощные лампочки будут быстро выходить из строя. Чтобы исправить этот недостаток, в корпусе делаются отверстия для дополнительной вентиляции.

Гибкие радиаторы

Эту разновидность светодиодных ламп используют автолюбители для установки ближнего, дальнего света в авто. От обычных они отличаются наличием теплопроводной трубки, а сам радиатор, напоминает лепестки цветка.

Такая конструкция обладает еще большей теплопроводностью и может работать практически в экстремальных условиях, не перегреваясь и долго не теряя яркости.

Единственный минус – большинство ламп с гибким радиатором, которые продаются на территории России, произведены в Китае. А значит, перед их покупкой необходимо тщательно изучить отзывы о производителях и отдельных моделях, чтобы не потратить деньги на низкокачественную подделку.

В быту, для настенного, настольного и потолочного освещения чаще всего используются лампочки с алюминиевым радиатором и цоколем Е27 («винт Эдисона»), который соответствует цоколю обычной лампы накаливания. С цоколем H (например, h5 – одна из наиболее распространенных маркировок) используются в автомобильных фарах ближнего и дальнего света. Они могут быть с обычным или с гибким радиатором, а диаметр цоколя зависит от конкретной марки машины.

Рекомендации по выбору

Выбирая светодиодную лампу, обязательно обратите внимание на материал, из которого сделан радиатор. Универсальный вариант – из алюминия, который обеспечивает достаточную теплопроводность даже для очень мощных ламп, поэтому область их применения практически не ограничена.

Лампы с композитными и керамическими прекрасно подойдут для освещения квартир и офисов. Кроме того, они позволят сэкономить при покупке, так как стоят дешевле, чем с радиаторами из алюминия. Но срок их использования будет меньше.

Лампы со стеклянными и пластиковыми стоит использовать там, где не требуется продолжительное освещение (больше 6 часов в день). Они не рассчитаны на длительную работу и могут перегреваться.

 

ledno.ru

Как рассчитать радиатор для светодиода? Охлаждение LED

Расчет радиатора для охлаждения светодиода.

Есть примерные данные Тайваньских специалистов для алюминиевых ребристых радиаторов:

• 1Вт 10-15кв/см
• 3Вт 30-50кв/см
• 6Вт 150-250кв/см
• 15Вт 900-1000кв/см
• 24Вт 2000-2200кв/см
• 60Вт 7000-73000кв/см

Эти данные для пассивного охлаждения светодиодов.

Но эти данные были высчитаны для их климатических условий и все же они примерны т.к. значения не точны, есть разбег в площади.

Для расчета нужно знать следующие параметры:

1. Нужно понимать какой тип радиатора вы собралисьиспользовать:

пластинчатый, штыревой, ребристый

• Штыревой (игольчатый)

2. Также нужно учитывать материал, из которого состоит радиатор. Чаще всего это медь или алюминий, но в последнее время появились и гибриды.

У гибридов идет встроенная медная пластина, которая соприкасается с рабочим элементом(элементом который требует охлаждения, в данном случае светодиод), далее алюминий.

3. Радиатор рассчитывается не по площади поверхности, а по полезной площади рассеивания.

4. Следующим фактором является, каким способом происходит теплоотвод от рабочего элемента на радиатор, т.е. применена термопаста или термоскотч, или же просто припаян.

5. Полезным будет знать сопротивление кристалл – корпус светодиода

6. Будет ли дополнительное охлаждение радиатора, и какое оно будет:

• С помощью кулера (небольшого вентилятора):

   

• Водяное охлаждение:

  
Конечно водяное охлаждение будет более эффективно, нежели просто кулером, но и охлаждение им в зависимости от мощности позволит вам снизить площадь радиатора в 3-5 раз. А с водяным могут возникнуть другие проблемы, как не герметичность системы например.

7. Так же необходимо учитывать и подводимую мощность, т.е. если светодиод будет работать на максимуме своих возможностей, то и в охлаждении он будет нуждаться сильнее, избыточная мощность вовсе будет переходить в тепло, если же в нагрузку снизить, допустим, в половину, то и перегрев будет намного ниже.

Так же следует учитывать место расположения устройства в помещении или на улице оно будет эксплуатироваться.

Так же в интернете есть формула, полученная экспериментальным путем, возможна будет полезна:

S охладителя = (22-(M х 1.5)) х W
S – площадь радиатора (охладителя)
W – подведенная мощность в ваттах
M – оставшаяся не задействованная мощность светодиода

При полученной площади не требуется дополнительного устройства охлаждающего радиатор, охлаждение происходит естественным путем и даст хороший теплоотвод в любых условиях.
Формула применима для алюминиевого радиатора. Для медного же площадь будет снижена почти в 2 раза.

Теплопроводность в Вт / м * °C различных материалов

серебро — 407

медь — 384

золото — 308

алюминий — 209

латунь — 111

платина — 70

олово — 65

серый чугун — 50

бронза — 47-58

сталь — 47

свинец — 35

lampa-led.com

Зачем радиатор маломощным светодиодам. Вопросы охлаждения. — DRIVE2

После опубликования отчета по переделке салонных плафонов, у некоторых пытливых товарищей возник вопрос характера, а зачем маломощным SMD светодиодам радиатор? Вопрос обширный и я решил написать небольшую статейку, где простым языком попробую раскрыть тему.

Начнем очень издалека. Первое, что вспомним, это закон сохранения энергии. Энергия не берется из неоткуда и не исчезает бесследно, она только переходит из одно вида в другой, бла, бла, бла. Электрические источники света преобразуют электрическую энергию в оптическую (полезная энергия) и тепловую (бесполезная).

Двигаемся дальше.
Способы переноса тепла. Их три: конвекция, тепловое излучение и теплопроводность. Конвекция, это когда воздух, скажем, над батареей нагревается, становится легче и поднимается вверх. На его место приходит холодный воздух и так до бесконечности. Тепловое излучение – это когда нагретое тело излучает тепло в окружающее пространство напрямую в виде инфракрасного излучения (сокращенно ИК). Например, тепло Солнца, тепло рядом с костром (только не над костром, там еще и конвекция) это в чистом виде ИК изучение. Ну и теплопроводность, это перенос тепла через материал. Например, вы лежите на теплом песке, и он передает вам свое тепло. Ну или сковородку голыми руками с плиты взяли, она вам тепло передала ))) Думаю все просто, понятно и легко можно привести примеры из быта.

Теперь начнем обсасывать наши источники света и сравнивать лампы накаливания и светодиоды. Лампа накаливания, это нагретая спираль в стеклянной колбе. Раз нагретая, то не излучать ИК она не может. Она, в основном, его и излучает, ну и немного (~5%) видимого света. Т.е. основное охлаждение обычной лампочки осуществляется через инфракрасное излучение. На счет теплопроводности сами прикиньте, что там может передаться через тонкие проволочки, которые держат нить. Что-то передается, конечно, но это мизер. Воздух вообще не в счет – плохой проводник тепла. С конвекцией немного сложнее. Стекло горячее, оно греет воздух и создает конвекцию, но стекло горячее потому, что оно поглощает ИК излучение. Короче, лампочку охлаждать не надо, она и так все тепло наружу отдаст. Да и если её охладить, то, как она светить-то будет 😉

Светодиоды. Разбираем по порядку. Свет они излучают не за счет нагрева, копать глубже не буду, нам важно то, что инфракрасное излучение, т.е. тепло светодиоды НЕ ИЗЛУЧАЮТ. Они излучают только видимый свет, а тепло выделяется внутри кристалла. Значит, этот способ теплопередачи исключается. Кристалл находится внутри светодиода, под линзой (прозрачную часть любого светодиода принято называть линзой, даже если она ничего не делает со светом) Значит, и конвекции никакой не может быть. Остается только один способ отвести тепло от кристалла – посредством теплопроводности. Вот вам главное отличие светодиодов от ламп накаливания в плане охлаждения, сами по себе светодиоды не могут охлаждаться, они просто корпус расплавят. Это тоже самое, что засунуть лампу накаливания в пенопласт и включить её. Теплу (энергии) деваться просто некуда будет, и оно пойдет на расплавление пенопласта.

Теперь коротко о том, как конструктивно устроен светодиод. Есть полупроводниковый кристалл, который излучает свет, при этом он нагревается. Для вывода тепла наружу, кристалл сажают на теплопроводящую подложку. Сам корпус, как правило, не проводит тепло. Обычные SMD светодиоды, эмиттеры, все они имеют пластиковый корпус. Сверху – линза. Понятно, что она тоже плохой теплопровод. Исключение составляют только мощные светодиоды Cree, у них корпус и подложка это пластина из керамики. И вот дальше есть ровно два варианта. От подложки наружу тепло может выводиться либо через выводы, либо подложка физически выводится наружу. Первый случай, это маломощные светодиоды (не более 0,3Вт, на сколько мне встречались). Обычные светодиоды с выводами и маломощные SMD, например популярные корпуса SMD3528, SMD5050. У них тепло выводится наружу через контакты.

Маломощный SMD светодиод

Представители второго типа, это все что от 0,5Вт и выше. Например, популярные эмиттеры. У них подложка представляет собой алюминиевый цилиндр, на котором с одной стороны сидит кристалл, а вторая сторона торчит из корпуса наружу.

Очень популярный корпус «эмиттер»

С этим разобрались. Корпус светодиода тепло не проводит, линза тоже. Тепло выводится наружу либо через выводы, либо через подложку. Тепло наружу вывели и теперь самое интересное, что с ним делать дальше.

А дальше тепло нужно передать воздуху. Штука, которая передает тепло от чего-либо воздуху, называется воздушным радиатором. Радиатор – любая железяка, лучше цветная, лучше максимально возможной площади. Отдает тепло тем лучше, чем больше его площадь и обдув. В обычном, пассивном варианте обдув идет за счет конвекции.
Если мы имеем дело с обычными выводными светодиодами, то все, что нужно сделать, чтобы охлаждение было в норме, это по возможности не обрезать эти самые выводы, а оставить их подлиннее, это и есть их радиатор.
Если мы имеем дело с мощными диодами, то подложка должна сидеть на радиаторе. Напрямую или через монтажную пластину, не важно, им нужно охлаждение.

Мощный светодиод на монтажной пластине. Она нужна для того, чтобы светодиод можно было, тупо, прикрутить к радиатору. Сама, при этом, радиатором не является, т.к. слишком маленькая

Какую площадь охлаждающей поверхности выбрать. Чтобы не заморачиваться, есть ориентировочная цифра 20 сантиметров квадратных на 1Вт «светодиодной» мощности. Кто-то пишет меньше, кто-то больше. cxdsee занимается этим вопросом, у него есть посты на эту тему. И теперь мы подошли к главному вопросу: зачем радиатор маломощным SMD светодиодам. Буду разжевывать на частных примерах. Мы разобрались, что у них тепло выводится через выводы, т.е. другими словами снаружи светодиода греются только выводы. Берем мы такой светодиод, припаиваем на плату из текстолита. Причем площадки под вывода светодиода ровно такие, чтоб можно было его припаять, дорожки узкие. Текстолит тепло проводит плохо, что у нас получается? Правильно, роль радиатора играют только вывода светодиода, т.е. этого мало. Здесь же разжую дальше. Приходит много комментариев, я, мол, спаял с узкими дорожками и ничего у меня не греется. Ну конечно не греется, как ты это определишь. Пластиковый чайник с кипятком тоже не особо горячий на ощупь. Надеюсь, метафора понятна? Корпус светодиода тепло проводит плохо, текстолит тоже, а трогаете вы именно их, не удивительно, что они не горячие. Попробуйте потрогать именно вывода светодиода, удивитесь. Хотя в аудюху давно еще ставил лампочку с 6ю SMD5050 в кучу, так там и до текстолита не дотронуться было. Правильный способ – оставлять дорожки максимально широкими, оставляйте даже целые площадки, это и будет радиатор. Потрогав такую плату уже можно более менее адекватно оценить реальный нагрев светодиодов. Повторю, трогая снаружи SMD светодиоды, вы не поймете, горячие они или нет. По этой же причине и ангельские глазки ни у кого не греются, типа. А потом у людей, почему-то, светодиоды в них дохнуть начинают и они про неон вспоминают. Уже сам смартус уклончиво написал, что есть определенные трудности с охлаждением, будем решать.
Этот способ работает, если у вас светодиоды посажены на плате не плотно. А если они сидят кучно, будьте уверены, хреново им, сдохнут они скоро.
Что делать, если нужно напаять светодиоды плотно. Делать платы не из текстолита, а вот из чего .
Здесь вместо текстолита использован алюминий, а медь изолирована от него тонким слоем диэлектрика. Плату из текстолита довольно таки бессмысленно прикручивать к радиатору, а вот из алюминия самое то. Не важно, 20мА у тебя потребляет светодиод или 2000мА, количество светодиодов и плотность посадки имеет значение. Например, в моих задних лампах получилась сборка на 1Вт площадью около 4,5см2, это очень мало. По этому и радиаторы я туда поставил. И греются у меня лампы потому, что тепло от светодиодов реально доходит до радиатора и его можно «потрогать».

Но и это еще не все. Есть такой параметр, как термическое сопротивление, измеряется в градусах/ватт. Применительно к светодиодам этот параметр дают для перехода кристалл-подложка. Что он значит. Возьмем популярный светодиод Cree XP-G. Для него производитель заявляет величину 6 град/Вт. Это значит, что при 1Вт тепловой мощности кристалл будет горячее радиатора на 6 градусов. При 2Вт – на 12 и так далее. Т.е. во втором случае если радиатор у вас имеет температуру 60 градусов, то кристалл все 72. Другими словами, светодиод всегда будет горячее, чем радиатор, на котором он сидит.

Напоследок несколько причин, по которым не стоит перегревать светодиоды. Максимально допустимая температура у разных производителей варьируется от 85 до 120 градусов. При этом остается только гадать, сколько проживут светодиоды при такой температуре, т.е. чем горячее, тем меньше они проживут. Это первая причина. И вторая причина это то, что с ростом температуры падает светоодача (люмен с ватта) Мало кто знает, при какой температуре, нормируется светоотдача. ВСЕ фирмы нормируют светоотдачу при 20 (!) градусах цельсия. Т.е. это даже ниже комнатной температуры. Это все есть в даташите на любой светодиод, никакого секрета здесь нет. Да и третья причина. Величину максимального тока производитель тоже указывает далеко не для максимальной температуры. То есть указанный в описании максимальный ток нельзя давать, если не обеспечено должное олаждение. В виде графика это тоже есть в любом даташите, но это, по-моему, вообще никто не учитывает в своих поделках. В общем, хорошее (желательно избыточное) охлаждение и заниженный ток являются желательными при эксплуатации светодиодов любой мощности. Ну и совсем напоследок. Многие отвечают на замечания по охлаждению, в духе «пол-года, полет нормальный». Ребята, полгода, год, это не срок для светодиодов, если только они не работают круглые сутки. Это тоже самое, как сказать, что у меня двигатель прошел 10000км, полет нормальный.

www.drive2.ru

Монтаж светодиодной ленты на LED радиатор

Внесем ясность для чего и в каких случаях необходимо использовать LED радиатор — алюминиевый анодированный профиль или пластина.
Как вы уже возможно знаете или слышали — led ленты греются (хоть и незначительно для человека: 50-60 градусов, но довольно существенно для жизнеспособности светодиодов).
Светодиодные ленты малой мощности до 7-9 Вт/м нагреваются до очень незначительных температур, и для их охлаждения достаточно атмосферного воздуха, клеить их на специальную поверхность нет никакой необходимости.

Светодиодные ленты класса «Основное освещение», мощность которых достигает 40Вт/м нуждаются в теплопроводящей поверхности (алюминий, медь…). В качестве такого радиатора часто советуют использовать светодиодный алюминиевый профиль, но если у вас нет необходимости в эстетике и вам совершенно не нужен светорассеивающий экран (например при закарнизной подсветке) мы рекомендуем вам использовать алюминиевую полосу.

Для того чтобы понять почему светодиодную ленту нельзя клеить на простую металлическую пластину или сталь (гипрочная направляющая) рассмотрим что из себя представляет светодиодная лента:
Светодиодная лента — это гибкая медная фольга (трафарет) на которую смонтированы SMD светодиоды и с обратной стороны нанесена клейкая основа с защитным слоем.

При монтаже все, что вам необходимо — это снять с ленты защитный слой и наклеить ленту, но будьте осторожны! При снятии защитного слоя, особенно на дешевых светодиодных лентах можно обнаружить что клейкая основа (пленка) нанесена на ленту неравномерно, в следствии чего токопроводящии дорожки под лентой оказываются оголены и в случае монтажа ленты на обычный металл (профиль) вы можете замкнуть (+/-). Для того чтобы этого не произошло специальные LED полосы (шины,пластины,радиаторы…) выполнены из легкого алюминия и обработаны в специальном растворе хим. методом — анодирование, который образует изоляционную оболочку, а так же придает эстетичный вид.

Простота монтажа и удобство обслуживания

Самый популярный вид подсветки — это закарнизная подсветка.
При монтаже ленты в большенстве случаях вам придется проводить работы на потолке, что в связи с некоторыми неудобствами может повлиять на качество выполненных работ.
Алюминиевая полоса дает возможность проводить работы на полу, проверять схемы подключения, плотно фиксировать провода и только потом закладывать всю жесткую (прочную) конструкцию на потолок.

Как это работает?

Алюминиевые полосы продаются длинной 2м.

1. Замеряем стены и нарезаем LED радиаторы (полосы) нужной нам длинны (под каждую стену).
Сделать это можно с помощью ножниц по металлу.

2. С помощью проставок жестко соединяем наши полоски изолентой
Проставки мы делаем из этих же полос (10-15см).

3. Проклеиваем светодиодную ленту и дополнительно фиксируем края с проводами
Это придаст нашей конструкции надежность и предотвратит отклеивание краев светодиодной ленты.

4. Подключаем питание и проверяем как все работает.

5. Поднимаем сплошную полоcу на каждую из сторон и укладываем за карниз.
Соединяем на углах.

6. На потолке фиксировать конструкцию нет необходимости!
Двигая ленты по ширине карниза добиваемся оптимального свечения

ulight.ru