LED'er dukkede op for blot et par år siden. Men de har allerede formået at sikre deres førerposition på markedet for belysningsprodukter. De kan bruges ikke kun i belysningssystemer, men også i diverse håndværk eller amatørordninger. Når du har med LED at gøre, skal du passe på kølemuligheder. En måde at afkøle LED'er på er at installere en heatsink.

Radiatorer til køling af LED'er

Vores artikel vil afsløre for dig alle hemmelighederne om, hvordan man samler en køleenhed korrekt og med dine egne hænder.

Hvorfor er der brug for en køleplade?

Før du starter selvmontering køleplade til LED'er, skal du kende funktionerne i selve lyskilden.
LED'er er halvledere, der har to ben ("+" og "-"), dvs. de har polaritet.

LED'er

For korrekt at fremstille en radiator til dem er det nødvendigt at udføre en vis beregning. Først og fremmest bør denne beregning inkludere spændingsmålinger såvel som strøm. Derudover skal det huskes, at enhver elektrisk intensiv enhed, inklusive LED'er, har en tendens til at varme op. Derfor er der brug for et kølesystem her.
Når du laver beregninger, skal du huske - kun 1/3 af lyskildens angivne effekt vil blive konverteret til lysstrøm (for eksempel 3-3,5 ud af 10w). Derfor vil hoveddelen være varmetab. For at minimere varmetabet anvendes radiatorer.

Vær opmærksom! Overophedning af LED'en fører til et fald i dens levetid. Derfor giver brug af en radiator dig også mulighed for at forlænge lyskildens "levetid".

Derfor har LED-kredsløb et kølekompleks for alle hovedelementer.
I dag, for at afkøle elementerne i det elektriske kredsløb, som inkluderer LED'er, kan du bruge tre varmefjernelsesmuligheder:

• gennem enhedens krop (ikke altid muligt);
• ved printkort. Afkøling sker gennem ikke-primære ledende baner, gennem hvilke strøm løber;
• ved hjælp af en radiator. Den passer til både boards og LED'er.

Vær opmærksom! I sidstnævnte situation er det nødvendigt at beregne nøjagtigt, hvilket område det skal være.

LED køleplade

De fleste på en effektiv måde Køle LED'er er at bruge en radiator, som du nemt kan bygge selv.

Det vigtigste at huske er, at driften af ​​kølepladen påvirkes af formen og antallet af finner.

Designegenskaber af køleplader

• Forundret over at samle en radiator, der er egnet til LED'er med egne hænder, stiller mange det ganske logiske spørgsmål "hvilket er bedre?" Faktisk er der i dag to grupper af køleplader, der adskiller sig i deres designfunktioner: nåleformet. Bruges oftest til naturlige kølesystemer. Sådanne modeller bruges til;

kraftige LED'er

• Nåle radiator

ribbet. Anvendes i tvungne kølesystemer. De vælges afhængigt af geometriske parametre. Desuden kan de også bruges til at køle højeffekt LED'er.

Finnet radiator
Når du vælger typen af ​​køleplade, skal du huske, at den nålepassive enhed overstiger effektiviteten af ​​den ribbede model med 70%.

• En radiator af ethvert design (finnet eller nåleformet) kan have forskellige former:
• firkant;
• rund;

rektangulær.

Den køleplade, der er egnet til LED'er, bør vælges afhængigt af kølebehovet.

Computerfunktioner Beregning af et kredsløb til at skabe en radiator med dine egne hænder bør altid begynde med valget af elementbasen. Glem ikke, at vurderingen her ikke kun skal svare til potentialet for den samlede køleplade, men også for at forhindre skabelsen af ​​yderligere tab. Ellers hjemmelavede apparater
vil have lav effektivitet. Og først og fremmest, for dette er det nødvendigt at beregne radiatorområdet.

• Hvad skal beregningen af ​​en sådan parameter som areal omfatte:
• ændring af enheden;
• hvad er spredningsområdet;
• indikatorer for omgivende luft;

materialet, som kølepladen er lavet af.
Sådanne nuancer skal tages i betragtning, når en ny radiator designes i stedet for en gammel, der ombygges. Den vigtigste indikator for selvmontering af en køleplade vil være indikatoren for den maksimalt tilladte effektafledning af varmevekslerelementet.
Der er to måder at beregne radiatorarealet på.

• Første beregningsmetode. For at bestemme det nødvendige areal skal du bruge formlen F = a x S x (T1 – T2), hvor:
• F—varmestrøm;
• S - overfladeareal af kølepladen;
• T1 er en indikator for temperaturen på mediet, der fjerner varme;
• a er en koefficient, der reflekterer varmeoverførslen. Denne koefficient for upolerede overflader antages konventionelt at være 6-8 W/(m2K).

Omkreds

Ved hjælp af denne beregningsmetode er det nødvendigt at huske, at pladen eller ribben har to overflader til varmefjernelse. I dette tilfælde udføres beregningen af ​​nåleoverfladen ved hjælp af omkredsen (π x D), som skal ganges med højdeindikatoren.
Anden beregningsmetode. En noget forenklet formel afledt eksperimentelt bruges her. I dette tilfælde bruges formlen S = x W, hvor:

• S—varmevekslerområde;
• M – ubrugt LED-strøm;
• W – leveret effekt (W).

Desuden, hvis der fremstilles et ribbet aluminiumsapparat, kan du bruge dataene opnået af taiwanske specialister i beregningerne:

• 60 W – fra 7000 til 73000 cm2;
• 10 W - omkring 1000 cm2;
• 3 W - fra 30 til 50 cm2;
• 1 W – fra 10 til 15 cm2.

Men i en sådan situation er det nødvendigt at huske, at ovenstående data er egnede til de klimatiske forhold i Taiwan. I vores tilfælde bør de kun tages ved udførelse af foreløbige beregninger.

Materiale til fremstilling af køleplade

Levetiden for lysdioder afhænger direkte af, hvilket materiale der bruges i halvlederen, såvel som af kølesystemets kvalitet.
Når du vælger et materiale til en køleplade, skal du guides af følgende:

• materialet skal have en termisk ledningsevne på mindst 5-10 W;
• Det termiske ledningsevneniveau skal være over 10 W.

I denne henseende er det værd at bruge følgende materialer til fremstilling af en køleplade:

• aluminium. Aluminiumsversionen bruges i øjeblikket oftest til køling af LED'er. Men samtidig har aluminiumskølepladen en væsentlig ulempe - den består af en række lag. Som et resultat af denne struktur fremkalder aluminiumsapparatet termisk modstand. De kan kun overvindes ved hjælp af yderligere varmeledende materialer, som kan være isolerende plader;

Vær opmærksom! Aluminium radiator, på trods af sine mangler, klarer den godt varmefjernelse. Her bruges en aluminiumsplade, som blæses af en ventilator.

Aluminium radiator

• keramik. Keramiske køleplader har specielle ruter, hvorigennem strømmen ledes. LED'er er loddet til de samme spor. Sådanne produkter er i stand til at fjerne dobbelt så meget varme;
• kobber. Der er en kobberplade her. Det er kendetegnet ved højere termisk ledningsevne end aluminium. Men kobber er ringere end aluminium i tekniske specifikationer og vægt. Samtidig er kobber ikke et formbart metal, og efter forarbejdning forbliver der en masse skrot;

Kobber radiator

• plast. Fordelene omfatter overkommelige omkostninger, samt højt niveau fremstillingsevne. Samtidig er ulemperne her lavere varmeledningsevne.

Som vi ser, mest den bedste mulighed Pris- og kvalitetsmæssigt vil det være muligt at lave en gør-det-selv radiator til LED af aluminium.

Lad os se på flere måder at lave en køleplade til LED'er på.

Hvordan laves køleplader?

Ikke alle radioamatører er villige til at påtage sig produktionen af ​​sådanne enheder. Det vil trods alt spille en hovedrolle. Levetiden for en lysinstallation lavet af LED afhænger af, hvor godt kølepladen er fremstillet i hånden. Derfor foretrækker mange mennesker ikke at tage risici og købe enheder til kølesystemet i specialbutikker.

Hjemmelavet radiator til dioder

Men der er situationer, hvor det ikke er muligt at købe, men det kan være lavet af tilgængelige materialer, der let kan findes i hjemmelaboratoriet for enhver radioamatør. Og her er to fremstillingsmetoder velegnede.

Den første metode til selvsamling

• Det enkleste design til en hjemmelavet radiator vil selvfølgelig være en cirkel. Det kan skæres sådan her: skær en cirkel ud af en plade af aluminium og lav den på den påkrævet mængde

nedskæringer;

• Skær aluminiumscirkel
• Dernæst bøjer vi sektoren lidt. Resultatet er noget som en fan;
• langs akserne er det nødvendigt at bøje 4 antenner. Med deres hjælp vil enheden blive fastgjort til lampekroppen;

LED'er på en sådan radiator kan fastgøres ved hjælp af termisk pasta.

Færdiglavet radiator til runde dioder

Som du kan se, er dette en ret simpel fremstillingsmetode.

Den anden metode til selvsamling

• Køleanordningen, der vil blive forbundet til LED'erne, kan fremstilles uafhængigt af et stykke rør, der har et rektangulært tværsnit, eller fra en aluminiumsprofil. Her skal du bruge:
• presseskive med en diameter på 16 mm;
• rør 30x15x1,5;
• termisk pasta KTP 8;
• W-formet profil 265;
• varm lim;

selvskærende skruer

• Vi laver radiatoren som følger:

bore tre huller i røret;

• Mulighed for radiatorrør
• Dernæst borer vi profilen. Det vil blive brugt til at fastgøre det til lampen;
• Vi fastgør LED'erne til røret, som vil fungere som bunden af ​​kølepladen ved hjælp af varm lim;
• Det eneste, der er tilbage, er at samle strukturen ved hjælp af selvskærende skruer udstyret med en presseskive.

Denne metode vil være noget sværere at implementere end den første mulighed.

Konklusion

Ved at vide, hvad en radiator forbundet til LED'er er, er det meget muligt at lave det selv ved hjælp af improviseret materiale. Hans korrekt montering vil hjælpe dig med ikke kun at afkøle belysningsinstallationen effektivt, men også undgå situationen med at reducere levetiden for LED'er.

LED'er betragtes som en af ​​de mest effektive lyskilder. Deres lysstrøm når fantastiske værdier, omkring 100 Lm/W. Lysstofrør producerer halvt så meget, nemlig 50-70 Lm/W. Men for langvarig drift af LED'en skal du modstå dem termiske forhold. Til dette bruges mærkevare eller hjemmelavede radiatorer til LED'er.

Hvorfor har dioder brug for køling?

På trods af deres høje lyseffektivitet udsender LED'er lys til omkring en tredjedel af den forbrugte strøm, og resten frigives som varme. Hvis dioden overophedes, bliver strukturen af ​​dens krystal forstyrret og begynder at nedbrydes, lysstrømmen falder, og opvarmningsgraden stiger som en lavine.

Årsager til LED-overophedning:

• For meget strøm;
• dårlig forsyningsspændingsstabilisering;
• dårlig afkøling.

De to første årsager kan løses ved at bruge en højkvalitets strømforsyning til LED'er. Sådanne kilder kaldes ofte . Deres ejendommelighed ligger ikke i at stabilisere spændingen, men i at stabilisere udgangsstrømmen.

Faktum er, at når lysdioden overophedes, falder lysdiodens modstand, og strømmen, der strømmer gennem den, stiger. Hvis du bruger en spændingsstabilisator som strømforsyning, vil processen vise sig at være en lavine: mere opvarmning betyder mere strøm, og mere strøm betyder mere opvarmning og så videre i en cirkel.

Ved at stabilisere strømmen stabiliserer du delvist krystallens temperatur. Den tredje grund er dårlig køling til LED'er. Lad os overveje dette spørgsmål mere detaljeret.

Løsning af køleproblemet

Laveffekt-LED'er, for eksempel: 3528, 5050 og lignende, afgiver varme på grund af deres kontakter, og strømmen af ​​sådanne prøver er meget mindre. Når enhedens kraft stiger, opstår spørgsmålet om at fjerne overskydende varme. Til dette formål anvendes passive eller aktive kølesystemer.

Passiv køling- Dette er en almindelig radiator lavet af kobber eller aluminium. Der er debat om fordelene ved kølematerialer. Fordelen ved denne type køling er fraværet af støj og det næsten fuldstændige fravær af vedligeholdelsesbehov.

LED installation med passiv køling ind spotlight

Aktivt kølesystem er en kølemetode, der bruger ekstern kraft til at forbedre varmeafgivelsen. Som det enkleste system Du kan overveje en radiator + køler kombination. Fordelen er, at et sådant system kan være meget mere kompakt end et passivt, op til 10 gange. Ulempen er støjen fra køleren og behovet for at smøre den.

Hvordan vælger man en radiator?

At beregne en radiator til en LED er ikke en helt simpel proces, især for en nybegynder. For at udføre dette skal du kende krystallens termiske modstand såvel som krystal-substrat, substrat-radiator og radiator-luft-overgange. For at forenkle løsningen bruger mange et forhold på 20-30 cm 2 /W.

Det betyder, at for hver watt LED-lys skal du bruge en radiator med et areal på omkring 30 cm2.

Denne løsning er naturligvis ikke unik. Hvis din belysningsstruktur skal bruges i et køligt kælderrum, kan du tage et mindre område, men sørg for, at temperaturen på LED'en er inden for normale grænser.

Tidligere generationer af LED'er føltes behagelige ved en krystaltemperatur på 50-70 grader, nye LED'er kan tåle temperaturer op til 100 grader. Den nemmeste måde at bestemme dette på er at røre ved den med din hånd, hvis din hånd knap kan holde det ud, er alt fint, men hvis krystallen kan brænde dig, så tag en beslutning om at forbedre dens arbejdsforhold.

Vi beregner arealet

Lad os sige, at vi har en 3W lampe. Radiatorområdet for en 3W LED, i henhold til reglen beskrevet ovenfor, vil være lig med 70-100cm2. Ved første øjekast kan det virke stort.

Men lad os overveje at beregne radiatorarealet for en LED. For en fladpladeradiator beregnes arealet som følger:

a * b * 2 = S

Hvor -en,b– længden af ​​pladens sider, S– samlet radiatorareal.

Hvor kom faktor 2 fra? Faktum er, at en sådan radiator har to sider, og de afgiver varme lige meget miljø, derfor er radiatorens samlede brugsareal lig med arealet af hver af dens sider. Dem. i vores tilfælde skal vi bruge en plade med sidemål på 5*10cm.

For en radiator med ribber er det samlede areal lig med arealet af bunden og arealet af hver af ribberne.

DIY køling

Det enkleste eksempel på en radiator er en "sol" skåret ud af blik eller aluminiumsplade. En sådan radiator kan køle 1-3W LED'er. Ved at sno to sådanne ark sammen gennem termisk pasta, kan du øge varmeoverførselsområdet.

Dette er en banal radiator lavet af improviserede midler, den viser sig at være ret tynd og kan ikke bruges til mere seriøse lamper.

Det vil være umuligt at lave en radiator til en 10W LED med egne hænder på denne måde. Derfor kan du bruge en radiator fra computerens centrale processor til så kraftige lyskilder.

Hvis du forlader køleren, vil aktiv køling af LED'erne give dig mulighed for at bruge kraftigere LED'er. Denne løsning vil skabe yderligere støj fra ventilatoren og kræve ekstra strøm plus periodisk vedligeholdelse af køleren.

Radiatorarealet for en 10W LED vil være ret stort - omkring 300cm2. God beslutning vil være brugen af ​​færdige aluminiumsprodukter. Hos en hardware- eller isenkræmmer kan du købe aluminiumsprofil og brug den til at køle højeffekt LED'er.

Ved at samle det nødvendige areal fra sådanne profiler kan du få god afkøling, glem ikke at belægge alle samlinger i det mindste tyndt lag termisk pasta. Det er værd at sige, at der er en særlig profil til køling, som er kommercielt produceret i en lang række forskellige typer.

Hvis du ikke har mulighed for at lave en LED-køleradiator med dine egne hænder, kan du kigge efter passende kopier i gammelt elektronisk udstyr, selv i en computer. Der er flere placeret på bundkortet. De er nødvendige til afkøling af chipsæt og strømafbrydere i strømkredsløb. Et glimrende eksempel på en sådan løsning er vist på billedet nedenfor. Deres areal er normalt fra 20 til 60 cm 2. Hvilket giver dig mulighed for at køle en 1-3 W LED.

En anden interessant mulighed fremstilling af en radiator af aluminiumsplader. Denne metode giver dig mulighed for at få næsten ethvert nødvendigt køleområde. Se videoen:

Sådan repareres LED'en

Der er to hovedmetoder til fastgørelse, lad os overveje dem begge.

Første vej- det er mekanisk. Det består i at skrue LED'en med selvskærende skruer eller andre fastgørelseselementer til radiatoren til dette har du brug for et specielt "stjerne"-substrat (se stjerne). En diode, forsmurt med termisk pasta, er loddet til den.

På LED'ens "mave" er der et specielt kontaktplaster med diameteren af ​​en slank cigaret. Derefter loddes strømledninger til dette substrat, og det skrues til radiatoren. Nogle LED'er sælges allerede monteret på en adapterplade, som på billedet.

Anden vej- det er klæbende. Den er velegnet til montering gennem en plade eller uden. Men det er ikke altid muligt at fastgøre metal til metal, hvordan limer man en LED til en radiator? For at gøre dette skal du købe en speciel termisk ledende lim. Den kan findes både i byggemarkeder og i butikker med radiodele.

Resultatet af en sådan fastgørelse ser sådan ud:

Konklusioner

Som du kan se, kan en radiator til en LED findes både i butikken, og ved at rode i dine gamle enheder eller blot i deponeringen af ​​alle mulige småting. Det er ikke nødvendigt at bruge speciel køling.

Radiatorområdet afhænger af en række forhold, såsom luftfugtighed, omgivelsestemperatur og radiatormateriale, men de negligeres i boligløsninger.

Giv altid særlig opmærksomhed kontrollere de termiske forhold på dine enheder. På denne måde vil du sikre deres pålidelighed og holdbarhed. Du kan bestemme temperaturen manuelt, men det er bedre at købe et multimeter med evnen til at måle det.

Der er omtrentlige data fra taiwanske specialister for radiatorer med ribber i aluminium:

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

Disse data er til passiv køling.

Men disse data blev beregnet for deres klimatiske forhold og alligevel er de omtrentlige pga værdierne er ikke nøjagtige, der er forskel i areal.

For at beregne skal du kende følgende parametre:

1. Du skal forstå, hvilken type radiator du skal bruge:

plade, stift, ribbet

• Lamellær

• Nål (nål)

• Ribbet

2. Du skal også tage højde for det materiale, som radiatoren er lavet af. Oftest er det kobber eller aluminium, men for nylig er der også dukket hybrider op.

Hybrider har en indbygget kobberplade, som er i kontakt med arbejdselementet (elementet, der kræver køling, i dette tilfælde LED'en), derefter aluminium.

3. Radiatoren beregnes ikke efter overfladeareal, men efter brugbart område spredning.

4. Den næste faktor er, hvordan varmen fjernes fra arbejdselementet til radiatoren, dvs. termisk pasta eller termisk tape påføres, eller blot loddes.

5. Det vil være nyttigt at kende modstanden af ​​krystal - LED-legemet

6. Kommer der yderligere radiatorkøling, og hvilken slags køling vil det være:

• Brug af en køler (lille ventilator):

• Vandkøling:

Naturligvis vil vandkøling være mere effektiv end blot en køler, men afkøling med den, afhængigt af strømmen, vil give dig mulighed for at reducere radiatorområdet med 3-5 gange. Men med vand kan der opstå andre problemer, såsom systemets lækage, for eksempel.

7. Det er også nødvendigt at tage hensyn til den leverede effekt, dvs. hvis LED'en fungerer maksimalt af dens evner, vil den have brug for mere afkøling, den overskydende effekt bliver fuldstændig til varme, men hvis belastningen reduceres, for eksempel med det halve, vil overophedningen være meget lavere.

Du bør også overveje placeringen af ​​enheden indendørs eller udendørs, den vil blive brugt.

Der er også en formel på internettet, opnået eksperimentelt, som kan være nyttig:

Køler S = (22-(M x 1,5)) x B
S – radiator (køler) område
W – leveret effekt i watt
M – resterende ubrugt LED-strøm

Med det resulterende område er der ikke behov for yderligere køling af radiatoren, og køling vil give god varmeafledning under alle forhold.
Formlen gælder for en aluminiumsradiator. For kobber vil arealet blive reduceret med næsten 2 gange.

Termisk ledningsevne i W/m * °C for forskellige materialer

sølv - 407

guld - 308

aluminium - 209

messing - 111

platin - 70

gråt støbejern - 50

bronze - 47-58

I dag er det ikke et problem at købe en spredning af kraftige LED'er, men radiatoren til dem er dyr, fordi... har allerede mærkbare dimensioner og masse. Jeg tilbyder min løsning på dette problem. Som du ved, er det vigtigste i en radiator overfladearealet, så nåle-type er de mest effektive. At kende den gyldne radiatorformel 1 W = 10-30 sq.cm. du kan anslå det for 10 W LED du skal bruge cirka 200 sq.cm. areal. Det blev besluttet at vinde dette område ved hjælp af en aluminiumsplade, som kan findes i enhver stor byggemarked. Dette er, hvad der skete for mig.

Video instruktioner til fremstilling

Men jeg fik næsten 400 kvm. radiatorareal lavet af strimler 1000x20x2 mm. Dette er nok til 20 W og endda 50 W LED med en lille blæser.

Temperatur

Og for mine 10 W, ifølge den kendte afhængighed (se figur), opnås et delta på 30º.

Den maksimalt tilladte LED-temperatur er +80º, så denne radiator kan betjenes uden tvungen køling ved omgivelsestemperaturer op til +50º. Det er ikke overraskende, at radiatoren faktisk praktisk talt ikke opvarmes, fordi skaber naturligt kredsløb luft, og du kan roligt tage en smallere plade eller installere en kraftigere LED, op til 50 W. Jeg har allerede købt mig flere 1000x15x2 mm. Hvis de solgte dem i 10 mm bredder, kunne jeg også prøve dem. Forresten er det bedre at fastgøre med to bolte eller nitter, som nemt kan laves af det samme stykke aluminiumsstrimmel.

Tilbehør

Udover aluminiumslisten fra nærmeste isenkræmmer/marked, har du muligvis også brug for:

I sidstnævnte tilfælde skal du være opmærksom på driverens indgangsspænding. Jeg bruger den til mit 24 V netværk, men du kan finde den med det samme på 220 V. I en pakke med 10 stk. det bliver billigere.

Den angivne levetid for LED'er er titusindvis af timer. For at opnå en så høj ydeevne uden at gå på kompromis med den optiske ydeevne, skal højeffekt LED'er bruges sammen med en heatsink. Denne artikel giver læseren mulighed for at finde svar på spørgsmål relateret til beregning og valg af en radiator, deres modifikationer og faktorer, der påvirker varmeafledning.

Hvorfor er det nødvendigt?

Sammen med andre halvlederenheder er LED'en ikke et ideelt element med 100% effektivitet. Det meste af den energi, det bruger, spredes til varme. Den nøjagtige effektivitetsværdi afhænger af typen af ​​emitterende diode og dens fremstillingsteknologi. Effektiviteten af ​​svagstrøms-LED'er er 10-15%, og for moderne hvide LED'er med en effekt på mere end 1 W når dens værdi 30%, hvilket betyder, at de resterende 70% bruges som varme.

Uanset LED, for stabil og langsigtet drift kræver det en konstant fjernelse af termisk energi fra krystallen, det vil sige en radiator. I svagstrøms LED'er udføres radiatorfunktionen af ​​ledningerne (anode og katode). For eksempel i SMD 2835 fylder anodeledningen næsten halvdelen af ​​bunden af ​​elementet. I højeffekt LED'er er den absolutte værdi af effekttab adskillige størrelsesordener større. Derfor kan de ikke fungere normalt uden en ekstra køleplade. Konstant overophedning af den lysemitterende krystal reducerer halvlederanordningens levetid betydeligt og bidrager til et gradvist tab af lysstyrke med et skift i driftsbølgelængden.

Arter

Strukturelt kan alle radiatorer opdeles i tre store grupper: plade, stang og ribbet. I alle tilfælde kan basen være i form af en cirkel, firkant eller rektangel. Basens tykkelse er af fundamental betydning ved valg, da det er dette område, der er ansvarlig for at modtage og ensartet fordele varme over hele radiatorens overflade.

Radiatorens formfaktor påvirkes af den fremtidige driftstilstand:

• med naturlig ventilation;
• med tvungen ventilation.

En køleradiator til LED'er, der skal bruges uden blæser, skal have en afstand mellem finnerne på mindst 4 mm. Ellers vil naturlig konvektion ikke være nok til at fjerne varme med succes. Et slående eksempel fungere som køleanlæg til computerprocessorer, hvor det pga kraftig blæser afstanden mellem ribberne reduceres til 1 mm.

Ved design af LED-lamper stor værdi givet til dem udseende, hvilket har stor betydning for kølepladens form. For eksempel bør det termiske energifjernelsessystem i en LED-lampe ikke gå ud over standarden pæreformet. Denne kendsgerning tvinger udviklere til at ty til forskellige tricks: Brug af trykte kredsløbskort med en aluminiumsbase, tilslutning af dem til radiatorhuset ved hjælp af hot-melt klæbemiddel.

Radiator materialer

I øjeblikket udføres afkøling af højeffekt-LED'er hovedsageligt ved hjælp af aluminiumsradiatorer. Dette valg skyldes dette metals lethed, lave omkostninger, fleksibilitet i forarbejdning og gode varmeledende egenskaber. Installation af en kobberradiator til en LED er berettiget i et armatur, hvor størrelsen er af afgørende betydning, da kobber afgiver varmen dobbelt så godt som aluminium. Vi vil overveje egenskaberne af materialer, der oftest bruges til afkøling af højeffekt-LED'er, mere detaljeret.

Aluminium

Den termiske ledningsevnekoefficient for aluminium er i området 202-236 W/m*K og afhænger af legeringens renhed. Ifølge denne indikator er den 2,5 gange højere end jern og messing. Derudover kan aluminium være forskellige typer mekanisk bearbejdning. For at øge varmeafledningsegenskaberne er aluminiumradiatoren anodiseret (belagt sort).

Kobber

Kobbers varmeledningsevne er 401 W/m*K, kun næst efter sølv blandt andre metaller. Ikke desto mindre er kobberradiatorer meget mindre almindelige end aluminium, hvilket skyldes tilstedeværelsen af ​​en række ulemper:

• høje omkostninger til kobber;
• kompleks mekanisk behandling;
• stor masse.

Brugen af ​​en kobberkølestruktur fører til en stigning i prisen på lampen, hvilket er uacceptabelt under hård konkurrence.

Keramisk

En ny løsning til at skabe højeffektive køleplader er blevet til aluminiumnitridkeramik, hvis varmeledningsevne er 170–230 W/m*K. Dette materiale er kendetegnet ved lav ruhed og høje dielektriske egenskaber.

Brug af termoplast

På trods af at egenskaberne af termisk ledende plast (3-40 W/m*K) er dårligere end aluminiums, er deres vigtigste fordele lave omkostninger og lethed. Mange producenter LED lamper Termoplast bruges til at fremstille huset. Termoplast taber dog konkurrencen til metalradiatorer i designet af LED-lamper med en effekt på mere end 10 W.

Køleegenskaber af højeffekt LED'er

Som tidligere nævnt kan effektiv varmefjernelse fra LED'en opnås ved at organisere passiv eller aktiv køling. Det er tilrådeligt at installere LED'er med et strømforbrug på op til 10 W på aluminium (kobber) radiatorer, da deres vægt- og størrelsesindikatorer vil have acceptable værdier.

Brugen af ​​passiv køling til LED matricer med en effekt på 50 W eller mere bliver vanskelig; Radiatorens dimensioner vil være snesevis af centimeter, og vægten vil stige til 200-500 gram. I dette tilfælde er det værd at overveje at bruge en kompakt radiator sammen med en lille ventilator. Denne tandem vil reducere vægten og størrelsen af ​​kølesystemet, men vil skabe yderligere vanskeligheder. Ventilatoren skal være forsynet med den passende forsyningsspænding, og der skal sørges for en beskyttende nedlukning LED lampe i tilfælde af kølesvigt.

Der er en anden måde at afkøle kraftige LED-matricer på. Det består i at bruge færdigt modul SynJet, der ligner en køler til et medium-ydeevne grafikkort. SynJet-modulet er anderledes høj ydeevne, en termisk modstand på ikke mere end 2 °C/W og en vægt på op til 150 g Dens nøjagtige dimensioner og vægt afhænger af den specifikke model. Ulemper omfatter behovet for en strømkilde og høje omkostninger. Som følge heraf viser det sig, at en 50 W LED matrix skal monteres enten på en omfangsrig men billig radiator, eller på lille radiator med ventilator, strømforsyning og beskyttelsessystem.

Uanset kølepladen kan den give god, men ikke den bedste, termiske kontakt med LED-substratet. At reducere termisk modstand Varmeledende pasta påføres den berørte overflade. Effektiviteten af ​​dens virkning er blevet bevist af dens udbredte brug i kølesystemer til computerprocessorer. Termisk pasta af høj kvalitet er modstandsdygtig over for hærdning og har lav viskositet. Ved påføring på en radiator (substrat) er et tyndt, jævnt lag over hele kontaktområdet tilstrækkeligt. Efter presning og fiksering vil lagtykkelsen være ca. 0,1 mm.

Beregning af radiatorareal

Der er to metoder til at beregne en radiator til en LED:

• design, hvis essens er at bestemme strukturens geometriske dimensioner ved en given temperatur;
• kalibrering, som involverer at handle i omvendt rækkefølge, det vil sige med kendte radiatorparametre, kan du beregne den maksimale mængde varme, som den effektivt kan aflede.

Brugen af ​​en eller anden mulighed afhænger af de tilgængelige indledende data. Under alle omstændigheder er nøjagtig beregning et komplekst matematisk problem med mange parametre. Ud over evnen til at bruge referencelitteratur, tage de nødvendige data fra grafer og erstatte dem i de passende formler, bør du tage højde for konfigurationen af ​​radiatorstængerne eller finnerne, deres orientering samt indflydelsen eksterne faktorer. Det er også værd at overveje kvaliteten af ​​selve LED'erne. Ofte i lysdioder lavet i Kina faktiske egenskaber afviger fra de angivne.

Præcis udregning

Før du går videre til formler og beregninger, er det nødvendigt at blive fortrolig med de grundlæggende termer inden for termisk energifordeling. Termisk ledning er processen med at overføre termisk energi fra en mere opvarmet fysisk krop til en mindre opvarmet. Termisk ledningsevne udtrykkes kvantitativt som en koefficient, der viser, hvor meget varme et materiale kan overføre gennem en enhedsareal, når temperaturen ændres med 1°K. I LED-lamper skal alle dele involveret i energiudveksling have høj varmeledningsevne. Det drejer sig især om overførsel af energi fra krystallen til kabinettet og derefter til radiatoren og luften.

Konvektion er også en varmeoverførselsproces, der opstår på grund af bevægelsen af ​​molekyler af væsker og gasser. I forhold til LED-lamper er det sædvanligt at overveje udvekslingen af ​​energi mellem radiatoren og luften. Dette kan være naturlig konvektion, der opstår på grund af den naturlige bevægelse af luftstrømmen, eller tvunget, organiseret ved at installere en ventilator.

I begyndelsen af ​​artiklen blev det oplyst, at omkring 70 % af den strøm, en LED forbrugte, forbruges som varme. For at beregne en heatsink til LED'er skal du kende den nøjagtige mængde energi, der afgives. For at gøre dette bruger vi formlen:

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

P T – strøm frigivet i form af varme, W;
k er en koefficient, der tager højde for procentdelen af ​​energi omdannet til varme. Denne værdi for højeffekt-LED'er tages lig med 0,7-0,8;
U PR – fremadgående spændingsfald over LED'en, når mærkestrømmen løber, V;
I PR – mærkestrøm, A.

Det er tid til at tælle antallet af forhindringer placeret i vejen for varmestrømmen fra krystallen til luften. Hver forhindring repræsenterer en termisk modstand, angivet med symbolet (Rθ, grader/W). For klarhedens skyld er hele kølesystemet præsenteret i form af et ækvivalent kredsløb af serie-parallel forbindelse af termiske modstande

Rθ ja = Rθ jc + Rθ cs + Rθ sa , hvor:

Rθ jc – termisk modstand af p-n junction-case;
Rθ cs – termisk modstand af case-surfase radiator;
Rθ sa – termisk modstand radiator-luft (overflade radiator-luft).

Hvis du planlægger at installere en LED på et printkort eller bruge termisk pasta, skal du også tage hensyn til deres termiske modstand. I praksis kan værdien af ​​Rθsa bestemmes på to måder.

Rθ ja – modstand p-n-junction-luft;
T j – maksimal temperatur af p-n krydset (referenceparameter), °C;
T a – lufttemperatur nær radiatoren, °C.

Rθ sa = Rθ ja -Rθ jc -Rθ cs, hvor Rθ jc og Rθ cs er referenceparametre.

Find fra grafen "afhængigheden af ​​den maksimale termiske modstand på den fremadgående strøm."

Ud fra den kendte Rθ sa vælges en standardradiator. I dette tilfælde skal den nominelle værdi af termisk modstand være lidt mindre end den beregnede.

Omtrentlig formel

Mange radioamatører er vant til at bruge radiatorer tilovers fra gammelt elektronisk udstyr i deres hjemmelavede produkter. Samtidig ønsker de ikke at dykke ned i komplekse beregninger og købe dyre nye importerede produkter. Som regel er de kun interesserede i et spørgsmål: "Hvor meget strøm kan den eksisterende LED-radiator af aluminium sprede?"

Vi foreslår at bruge en simpel empirisk formel, der giver dig mulighed for at opnå et acceptabelt beregningsresultat: Rθ sa =50/√S, hvor S er radiatorens overfladeareal i cm 2.

Udskiftning i denne formel kendt værdi det samlede areal af kølepladen, under hensyntagen til overfladen af ​​ribberne (stængerne) og sidefladerne, opnår vi dens termiske modstand.

Den tilladte effekttab findes ud fra formlen: P t =(T j -T a)/Rθ ja.

Ovenstående beregning tager ikke højde for mange nuancer, der påvirker driftskvaliteten af ​​hele kølesystemet (radiatorens retningsbestemmelse, LED'ens temperaturegenskaber osv.). Derfor anbefales det at gange det opnåede resultat med en sikkerhedsfaktor på 0,7.

DIY LED radiator

Det er ikke svært at lave en aluminiumsradiator til 1, 3 eller 10 W LED'er med egne hænder. Lad os først overveje enkelt design, hvis produktion vil tage omkring en halv time og en rund plade 1-3 mm tyk. Langs omkredsen skæres der til midten hver 5. mm, og de resulterende sektorer er let bøjet, så færdigt design lignede et pumpehjul. For at fastgøre radiatoren til kroppen laves huller i flere sektorer. Det er lidt sværere at lave en hjemmelavet heatsink til en 10-watt LED. For at gøre dette skal du bruge 1 meter aluminiumsstrimmel 20 mm bred og 2 mm tyk. Først skæres strimlen med en hacksav i 8 lige store dele, som derefter stables, bores igennem og spændes med bolt og møtrik. En af sidefladerne er poleret til montering af LED-matrix. Ved hjælp af en mejsel bøjes strimlerne i forskellige retninger. Der bores huller på de steder, hvor LED-modulet er fastgjort. Hotmelt klæbemiddel påføres den slebne overflade, en matrix påføres ovenpå, der fastgøres med selvskærende skruer.

Billige køleplader til amatør DIY-projekter

Især for radioamatører, der kan lide at eksperimentere med forskellige materialer til varmefjernelse og samtidig ikke ønsker at bruge penge på dyrt færdigvarer, vil vi give nogle anbefalinger om at finde og lave radiatorer med dine egne hænder. Til afkøling LED strips og herskere vil klare sig fint møbelprofil lavet af aluminium. Det kan være guider til skydegarderobeskabe eller køkkenudstyr, hvis rester kan købes til kostpris i en møbelbutik.

Til at køle 3-10 W LED-matricer er radiatorer lavet af sovjetiske båndoptagere og forstærkere egnede, som er mere end tilstrækkelige på radiomarkederne i enhver by. Du kan også bruge reservedele fra gammelt kontorudstyr.

Hjemmelavet køling til en 50 W LED kan laves fra en radiator fra en defekt motorsav eller plæneklipper, der skærer den i flere dele. Du kan købe sådanne reservedele i værksteder til prisen for skrot. Selvfølgelig kan du i dette tilfælde glemme de æstetiske kvaliteter af LED-lampen.

Læs også