Проглашени животни вијек ЛЕД диода се процјењује на десетине хиљада сати. Да би се постигле тако високе перформансе, без погоршања оптичких карактеристика, треба користити снажне ЛЕД диоде у комбинацији са радијатором. Овај чланак ће омогућити читаоцу да нађе одговоре на питања везана за прорачун и избор радијатора, њихове модификације и факторе који утичу на уклањање топлоте.
И зашто вам је то потребно?
Поред других полупроводничких уређаја, ЛЕД није идеалан елемент са фактором ефикасности 100% (ЕЦЦ). Већина енергије која се троши расипа у топлоти. Тачна вредност ефикасности зависи од врсте радијације коју емитује диода и технологије за њену производњу. Ефикасност ЛЕД диода мале снаге је 10-15%, ау модерној бијелој снази више од 1 В њена вриједност досеже 30%, што значи да се преосталих 70% троши у топлини.
Без обзира на ЛЕД, за стабилан и дуготрајан рад, потребна је константна дисипација топлоте из кристала, односно хладњака. У нисконапонској ЛЕД функцији радијатора изводе се закључци (анода и катода). На пример, у СМД 2835, анода је скоро половина дна елемента. У снажним ЛЕД диодама, апсолутна величина снаге расипа за неколико редова величине. Према томе, они не могу правилно функционисати без додатног уклањања топлоте. Стално прегревање кристала који емитује светлост смањује век трајања полупроводничког уређаја, доприноси несметаном губитку светлостипомерање радне таласне дужине.
врсте
Структурно сви радијатори се могу поделити у три велике групе: ламеларни, штапни и ребрасти. У свим случајевима база може имати облик круга, квадрата или правокутника. Дебљина подлоге је од суштинског значаја у избору, јер је ово подручје одговорно за пријем и равномјерну расподјелу топлине по цијелој површини радијатора.
Фактор облика радијатора је под утицајем будућег начина рада:
- са природном вентилацијом;
- са присилном вентилацијом.
Расхладни радијатор за ЛЕД диоде, који ће се користити без вентилатора, мора имати размак између ивица од најмање 4 мм. У супротном, природна конвекција није довољна за успешно уклањање топлоте. Живописан пример је систем хлађења рачунарских процесора, где је, захваљујући снажном вентилатору, растојање између ивица смањено на 1 мм.
Приликом пројектовања ЛЕД осветљења велики значај придаје се њиховом изгледу, који има велики утицај на облик одвођења топлоте. На пример, систем за уклањање топлотне енергије ЛЕД сијалице не би требало да прелази стандардне облике крушке. Ова чињеница приморава програмере да прибегну разним триковима: да користе штампане плоче са алуминијумском базом, комбинујући их са кућиштем радијатора са топљивим лепковима.
Материјали за производњу радијатора
Тренутно се хлађење снажних ЛЕД диода углавном врши на радијаторима од алуминијума. Такав избор треба олакшати,Ниска цена, способност руковања и добра топлотна проводљивост овог метала. Уградња бакарног радијатора за диоду која емитује светлост је оправдана у лампи где су димензије од највеће важности, јер бакар расипа топлоту више него двоструко више од алуминијума. Карактеристике материјала који се најчешће користе за хлађење ЛЕД-ова велике снаге се детаљније разматрају.
алуминијум
Коефицијент топлотне проводљивости алуминијума је у опсегу од 202-236 В /м * К и зависи од чистоће легуре. По овом показатељу је 2,5 пута већи од жељеза и мједи. Осим тога, алуминиј је подложан различитим врстама обраде. Да би се повећала својства преноса топлоте, алуминијумски радијатор је анодизован (црно).
бакар
Топлотна проводљивост бакра износи 401 В /м * К, што другим металима даје само сребро. Међутим, бакрени радијатори се много рјеђе налазе алуминиј, због присутности низа недостатака:
- високу цену бакра;
- сложена механичка обрада;
- много тежине.
Примена дизајна за хлађење бакра доводи до повећања цене лампе, што је неприхватљиво у случају оштре конкуренције.
керамика
Ново решење у стварању високо ефикасних топлотних судопера је била алуминитридна керамика, чија је топлотна проводљивост 170-230 В /м * К. Овај материјал карактерише ниска храпавост и висока диелектрична својства.
С употребом термопласта
Упркос томеСвојства термо-проводне пластике (3-40 В /м * К) гори су од алуминијума, а њихове главне предности су ниска цијена и лакоћа. Многи произвођачи ЛЕД сијалица користе термопластике за израду кућишта. Међутим, термопластика губи конкуренцију са металним радијаторима у дизајну ЛЕД сијалица капацитета преко 10 вати.
Функције хлађења моћних ЛЕД диода
Као што је раније поменуто, могуће је обезбедити ефикасно уклањање топлоте из ЛЕД-а кроз организацију пасивног или активног хлађења. ЛЕД диоде са потрошњом енергије до 10 вата препоручљиво је инсталирати на алуминијске (бакрене) радијаторе, јер ће њихова тежина и димензије имати прихватљиве вриједности.
Употреба пасивног хлађења за ЛЕД диоде снаге 50 В или више постаје отежана; димензије радијатора ће бити десетине центиметара, а маса ће се повећати на 200-500 грама. У овом случају, вреди размислити о коришћењу компактног радијатора заједно са малим вентилатором. Овај тандем ће смањити тежину и величину система за хлађење, али ће створити додатне потешкоће. Вентилатор мора бити снабдевен одговарајућим напонским напајањем и водити рачуна о заштитном прекидачу ЛЕД лампице у случају квара хладњака.
Постоји још један начин хлађења моћних ЛЕД диода. Састоји се од употребе завршеног СинЈет модула, који изгледа као хладњак графичке картице средње величине. СинЈет модул се одликује високим перформансама, топлотомотпорност није већа од 2 ° Ц /В и тежина до 150 г. Тачна величина и тежина зависе од модела. Недостаци укључују потребу за напајањем и високу цијену. Као резултат, испоставило се да ЛЕД матрица од 50 вати мора бити монтирана или на гломазан али јефтин радијатор, или на мали радијатор са вентилатором, напајањем и системом заштите.
Без обзира на радијатор, он је у стању да обезбеди добар, али не и најбољи термички контакт са облогом ЛЕД диоде. Да бисте смањили топлотни отпор на контактној површини, нанесите пасту за проводење топлоте. Ефикасност њеног утицаја доказана је широком употребом у системима хлађења рачунарских процесора. Висококвалитетна термопаста отпорна је на отврдњавање и има ниску вискозност. Када се нанесе на радијатор (подлогу), на целој површини судара има довољно једног танког слоја. После стезања и фиксирања, дебљина слоја је око 0,1 мм.
Израчунавање површине радијатора
- дизајн, чија је суштина да одреди геометријске димензије конструкције у датом температурном режиму;
- је тест који се одвија обрнутим редослиједом, тј. Са познатим параметрима радијатора можете израчунати максималну количину топлине коју може ефикасно распршити.
Употреба једне или друге варијанте зависи од расположивих излазних података. У сваком случају, тачан прорачун је сложен математички проблем са мноштвом параметара. Осимспособност да се користи референтна литература, узму потребне податке из графова и замене их у одговарајућим формулама треба узети у обзир конфигурацију шипки или ивица радијатора, њихову оријентацију, као и утицај спољашњих фактора. Такође је вредно узети у обзир и сам квалитет ЛЕД диода. Често у ЛЕД лампама кинеске производње, стварне карактеристике се разликују од оних које се тврде.
Тачан израчун
Пре него што пређемо на формуле и прорачуне, потребно је упознати главне термине у области дистрибуције топлотне енергије. Топлотна проводљивост је процес преноса топлотне енергије из више загрејаног физичког тела у мање загрејану. Квантитативно, топлотна проводљивост се изражава као коефицијент који показује колико топлоте може пренијети материјал кроз јединичну површину када се температура промијени за 1 ° К. У ЛЕД освјетљењу, сви дијелови укључени у размјену енергије морају имати високу топлинску проводљивост. Ово се посебно односи на пренос енергије из кристала у тело, а затим у радијатор и ваздух.
Конвекција је такође процес преноса топлоте, који настаје услед кретања молекула течности и гасова. Што се тиче ЛЕД ослонаца, сматра се да се разматра размена енергије између радијатора и ваздуха. То може бити природна конвекција, која настаје услед природног кретања протока ваздуха, или присилне, организоване кроз инсталацију вентилатора.На почетку чланка је констатовано да се око 70% енергије коју потроши ЛЕД потроши у топлоти. Тоизрачунајте радијатор за ЛЕД диоде, морате знати точну количину распршене енергије. Да бисмо то урадили, користимо формулу:
ПТ = к * Упр * Иипр, где:
ПТ - излазна снага у облику топлоте, В;
к - коефицијент узимајући у обзир проценат енергије која прелази у топлоту. Ова вредност за ЛЕД диоде велике снаге узима се као 0,7-0,8;
Упр - директни пад напона на ЛЕД када струја номиналне струје, Б;
Ие - номинална струја, А.
Време је да се израчуна број препрека које се налазе на путу проласка топлотног тока из кристала у ваздух. Свака интерференција је топлотна отпорност (термална отпорност), која је означена симболом (Р, степени /В). Ради јасноће, читав систем хлађења је представљен у облику колоне супституције из серијског паралелног укључивања топлотног отпора
.Р? Ја = Р? Јц + Р Цс + Р
Р? Јц - топлотна отпорност п-н-споја-случај (спојница);
Р? Цс - радијатор са топлотном отпорношћу (цасе-сурфасе радиатор);
Р? Са-топлотни отпор радијатора-ваздуха (радијатор-зрак ваздуха).
Ако се намјерава инсталирати ЛЕД диоду на тискану плочу или користити термопаст, потребно је узети у обзир и њихове термалне потпоре. У пракси, вредност Р? Можете га дефинисати на два начина.
Израчунајте према формули Р? Ја = (Тј-Та) /Пт, где:
Р? Ако - отпор п-н-транзиционог ваздуха;
Тј - максимална температура п-н-споја (референтни параметар), ° Ц;
Та - температура ваздуха близу радијатора, ° Ц
Р? Са = р Ја-Р? Јц-Р? Цс, где је Р? Јц и Р? Цс - референтне опције.
Пронађите из графикона зависност максималне топлотеотпорност на истосмјерну струју ".
За познати Р? Ви бирате стандардни радијатор. У овом пасошу вредност топлотног отпора треба да буде нешто мања од процењене.
Приближна формула
Многи радиоаматери су навикли да у својим радијаторима који су сами направили користе остатке старе електроничке опреме. Истовремено, не желе да се упусте у компликоване калкулације и купују скупе нове производе увезене производње. У правилу их занима само питање: "Која снага може постојећи алуминијумски радијатор за светлеће диоде да дифузно?"
Предлажемо да се користи једноставна емпиријска формула, која нам омогућава да добијемо прихватљив резултат прорачуна: Р? Са = 50 /вС, где је С површина површине радијатора у цм2.
Замењујући у овој формули познату вредност укупне површине за одвођење топлоте, узимајући у обзир површину ивица (шипки) и бочних површина, добијамо њен топлотни отпор.
Дозвољена снага расипања се добија из формуле: Пт = (Тј-Та) /Р? Да
Горе наведени прорачун не узима у обзир многе нијансе које утичу на квалитет цијелог сустава хлађења (смјер радијатора, температурне карактеристике ЛЕД-а, итд.). Стога се препоручује да се резултат множи са фактором залиха - 0,7.
Радијатор за светлећу диоду сопственим рукама
Израда алуминијумског радијатора за 1, 3 или 10 В ЛЕД је једноставна. Прво, размотримо једноставну конструкцију која захтева око пола сата да се направи и округла плоча дебљине 1-3 мм. У кругу сваких 5 ммнаправите резове до средине, а настали сектори су благо савијени тако да завршени дизајн подсећа на ротор. За монтажу радијатора на кућиште у неколико сектора, отвори. Мало је теже направити домаћи радијатор за ЛЕД од 10 В. За то вам је потребан 1 метар алуминијумске траке ширине 20 мм и дебљине 2 мм. Прво, трака се распршује ножем на 8 једнаких делова, који се затим слажу, буше и извлаче вијак са матицом. Једна од бочних страна је брушена под монтажом ЛЕД матрице. Помоћу длијета траке се шире у различитим смјеровима. На местима где је монтиран ЛЕД модул, избушите рупе. На полирану површину нанесите врели раствор, ставите матрицу на врх, причврстите је вијцима.
Јефтини проводници за аматерску одећу
Посебно за аматере који воле да експериментишу са различитим материјалима за одвођење топлоте и не желе да троше новац на скупе готове производе, дају препоруке за претраживање и производњу радијатора сопственим рукама. За хлађење ЛЕД трака и равнала, профил намјештаја од алуминија је савршено прикладан. То могу бити водилице за гардеробу или кухињски прибор, чије се ваге могу купити по цијени у продавници намјештаја.
Радијатори из совјетских снимача и појачала, који су више него довољни на радијским тржиштима сваког града, биће погодни за хлађење ЛЕД поља од 3 до 10 В. Можете користити и резервне делове из старе канцеларијске опреме.
Самостална израдаХлађење за 50 В ЛЕД може се направити од радијатора из неисправне моторне пиле, косилице за траву, прскањем у неколико делова. Такве резервне дијелове можете купити у радионицама по цијени од отпада. Наравно, можете заборавити на естетске особине ЛЕД лампе у овом случају.
