Радиатор охлаждения для светодиодов своими руками: расчет и сборка теплоотводов

Особенности применения радиатора для светодиодов

Полупроводниковые приборы не на 100% эффективны. Часть полученной энергии преобразуется в тепло, которое выделяется в окружающую среду. КПД определяется типом диода. Например, слаботочные устройства имеют КПД 10-15%. Белые светодиоды имеют КПД 30%. Остальная энергия превращается в тепло.

При длительном использовании температура ячеек повышается. Радиатор используется для отвода лишнего тепла. В маломощных системах свою роль играют выводы. В мощных устройствах установлен дополнительный радиатор. Эта технология увеличивает срок службы в 1,5-2 раза.

Тепловые соотношения

Характеристики излучения полупроводниковых светодиодов со временем меняются, а интенсивность излучаемого света постепенно уменьшается. Это явление известно как «старение» и связано с концентрацией и объемом примесей в кристалле полупроводника. Чрезмерный световой поток из-за повышенного потребления электроэнергии также увеличивает температуру светодиода, а большие перепады температур значительно сокращают срок его службы. Синтетические материалы, из которых изготовлены корпуса и линзы светодиодов (эпоксидная смола, силикон и т.д.), Также подвержены старению, что может привести к их запотеванию.

Материал для изготовления теплоотводчика

Срок службы светодиодов напрямую зависит от материала, из которого изготовлен полупроводник, и качества системы охлаждения. Выбирая материал для радиатора, нужно руководствоваться следующим:

• материал должен иметь теплопроводность не менее 5-10 Вт;
• уровень теплопроводности должен быть больше 10 Вт.

В связи с этим для изготовления радиатора стоит использовать следующие материалы:

• алюминий. Алюминиевая версия сегодня чаще всего используется для охлаждения светодиодов. Но в то же время у алюминиевого радиатора есть существенный недостаток — он состоит из нескольких слоев. В результате такой конструкции алюминиевый прибор вызывает тепловое сопротивление. Преодолеть их можно только с помощью дополнительных теплопроводных материалов, которыми могут быть изоляционные плиты;

Примечание! Алюминиевый радиатор, несмотря на свой недостаток, отлично отводит тепло. В нем используется алюминиевая пластина, которую обдувает вентилятор.

Алюминиевый радиатор

• керамический. Керамические радиаторы имеют специальные пути, по которым проходит ток. Светодиоды распаяны на одних дорожках. Эти изделия способны рассеивать вдвое больше тепла;
• медь. Здесь есть медная пластина. Он имеет более высокую теплопроводность, чем алюминий. Но по техническим характеристикам и весу медь уступает алюминию. В то же время медь не является ковким металлом, и после обработки остается много отходов;
• пластик. К преимуществам можно отнести доступную стоимость и высокую технологичность. В то же время недостатками здесь является более низкая теплопроводность.

Как видите, оптимальным по соотношению цены и качества вариант будет сделать светодиодный радиатор своими руками из алюминия. Давайте рассмотрим несколько способов изготовления радиатора для светодиодов.

Первый способ самостоятельной сборки

Самой простой конструкцией для самодельного радиатора, конечно же, будет круг. Нарезать его можно так:

• вырежьте из алюминиевой фольги круг и сделайте на нем необходимое количество надрезов;

Режущий круг из алюминия

• затем отогните небольшой сектор. Получился своего рода веер;
• по осям нужно согнуть 4 антенны. С их помощью устройство будет крепиться к корпусу лампы;
• светодиоды на таком радиаторе можно закрепить термопастой.

Радиатор готов для круглых диодов

Как видите, это довольно простой способ изготовления.

Разновидности радиаторов

Для отвода тепла используются 3 типа устройств:

• аукцион;
• пластинчатый;
• ребристый.

Основания радиаторов имеют форму круга, квадрата или прямоугольника. При выборе учитывайте толщину устройства. База отвечает за прием и отвод тепла. Радиатор охлаждения может работать с естественной или искусственной вентиляцией. В первом случае расстояние между ребрами жесткости должно быть более 4 мм. При принудительной вентиляции его можно уменьшить до 1 мм.

Тонкости работы со светодиодами, или для чего нужно охлаждение

Светодиодные радиаторы

За последние годы светодиоды несколько подешевели, что значительно расширило их сферу применения. Их можно использовать не только как компоненты систем освещения, но и составить основу любительских схем и поделок. При этом светодиодные радиаторы часто заполняются неправильно, хотя это один из основных способов охлаждения устройств. Собрать светодиодную схему на 1-10Вт своими руками не так уж и сложно, но как это сделать правильно — другой вопрос.

Что нужно знать при работе со светодиодами?

• Различия между лампами накаливания и светодиодными лампами довольно значительны. У них две ножки («+» и «-»), что делает их чувствительными к полярности, а также работает при постоянном напряжении.
• Расчет схемы светодиода должен включать не только измерение напряжения, но и расчет тока. Теоретически напряжение может быть любым, если требуемый ток стабилизирован.
• Любые потребители электроэнергии склонны к перегреву, но в случае со светодиодами необходимо предусмотреть систему охлаждения.

При расчете будущего прибора следует учитывать, что только 1/3 от указанной мощности светодиода будет преобразована в световой поток (3-3,5 от 10Вт). Остальное, к сожалению, перейдет в разряд теплопотерь. Это количество можно немного уменьшить, используя радиатор.

Не забывайте, что многократный перегрев светодиода в несколько раз сокращает время его работы, которое для различных моделей и конструкций может составлять десятки и даже сотни тысяч часов. Чтобы ресурсы не тратились зря, схемы с использованием светодиодов должны включать в свою конфигурацию систему охлаждения основных элементов.

На сегодняшний день существует 3 основных способа отвода тепла:

• через корпус устройства (не всегда достижимо);
• через саму печатную плату (через ее вспомогательные компоненты или пути, по которым протекает ток);
• через радиатор (можно паять или наклеивать светодиоды или на плату, для этого важно правильно выбрать участок).

это последний метод, который считается наиболее эффективным. В этом случае на работу самого радиатора в основном влияет количество и форма ребер.

Расчеты и величины

Расчет схемы начинается с выбора основы элемента. Рейтинг должен не только соответствовать возможностям проектируемого устройства, но по возможности не создавать дополнительных потерь, снижающих эффективность системы.

Популярность светодиодов мощностью 1 Вт объяснить предельно просто: они довольно неприхотливы, что практически расширяет их сферу применения до бесконечности. Казалось бы, увеличение мощности должно сказаться на яркости, но это не совсем так. Установка светодиода на 3 Вт по характеристикам светового потока эквивалентна установке 2 светодиодов по 1 Вт, но при этом увеличивает потребляемую мощность (все же стоит учесть режимы работы устройства).

Использование сверхярких светодиодов мощностью 10 Вт и выше или массивов мощностью 10 Вт в основном окупается, когда вам нужно полностью осветить относительно большую площадь. Это можно объяснить тем, что для небольшого помещения высококонцентрированный световой поток может быть чрезмерным.

В случае пассивного охлаждения светодиодов их можно закрепить непосредственно на радиаторах. В качестве радиатора можно использовать медные или алюминиевые строительные профили различного сечения (легко собрать даже своими руками). В то же время использование радиатора с большим количеством ребер без продувки вряд ли будет эффективным.

Что нужно учитывать при установке радиатора:

• Стоит учитывать только площадь внешних элементов, внутренние ребра, независимо от количества и размера, обычно обеспечивают не более 10-15% охлаждения;
• Расчет можно начать с соотношения 1 Вт на 20 см² (при минимальной толщине стенки не менее 1-2 мм для 1 Вт, 2-3 мм для 3 Вт, 4-6 мм для сверхярких диодов 10 Вт и матриц 10 Вт);
• Температура основания светодиода не должна превышать 50 ° C (при достижении отметки 80 ° C люминофор начинает разрушаться, что приводит к выходу светодиода из строя);
• Собрав схему своими руками, можно попробовать найти радиатор из старых советских элементов (транзисторов, материнских плат), что значительно облегчит задачу;
• Если конструкция устройства позволяет, можно использовать светодиоды, изначально закрепленные на цоколе, в произвольной форме. Расположенные на них контактные площадки (2-4 и выше) не только упрощают пайку, но и значительно снижают нагрев светодиодов;
• При установке светодиода на радиатор проще использовать горячий клей (термостойкий клей, а не состав для теплового пистолета). Быстросохнущая полиэфирно-оксидная смола (которую можно найти в автомагазинах) также подойдет).

Охлаждение светодиодов большой мощности

Конечно, светодиоды мощностью более 10 Вт и менее 50 Вт нет смысла обеспечивать принудительную вентиляцию — с их охлаждением справятся радиаторы из меди или алюминия. Но с большей мощностью это становится проблематичным. Конечно, нет ничего невозможного, но есть ли смысл оставлять фрикулинг при большой мощности устройства, если вес одного кулера составляет 400 грамм и более?

В этом случае придется подумать, как совместить радиатор с небольшим кулером. Конечно, это создаст определенные трудности в плане прерывания подачи питания в случае выхода из строя вентилятора, а также его питания, но поможет снизить вес светодиодной лампы.

Получается, что перед человеком стоит выбор — тяжелый и громоздкий, но относительно недорогой охлаждающий элемент, либо установка компактного и легкого радиатора с кулером, блоком питания и автоматическим отключением.

При этом можно сказать, что каким бы хорошим ни был кулер, идеального термического сопротивления он не обеспечит. Именно для его уменьшения применяется специальная термопаста. Практический опыт показал, что он достаточно эффективен и поэтому используется повсеместно в компьютерной технике и бытовой электронике. Если он хорошего качества, он будет иметь низкую вязкость и хорошее сопротивление затвердеванию при повышении температуры.

Радиатор с радиатором

Принцип действия теплоотвода

Основным потребителем тепла, выделяемого светодиодом, является окружающий воздух. Его холодные частицы приближаются к нагретой поверхности теплообменника (радиатора), нагреваются и устремляются вверх, освобождая место для новых холодных масс.

Когда они сталкиваются с другими молекулами, тепло распределяется (рассеивается). Чем больше поверхность радиатора, тем интенсивнее он будет передавать тепло от светодиода в воздух.

Количество тепла, поглощаемого воздушной массой на единицу площади, не зависит от материала радиатора: эффективность естественного «теплового насоса» ограничена его физическими свойствами.

Из чего изготавливаются?

Для охлаждения светодиодных элементов мощностью более 10Вт используются алюминиевые радиаторы. Установка медного радиатора оправдана при изготовлении компактного светильника.

Из алюминия

Коэффициент теплопроводности этого металла составляет 200-235 Вт / м * К. Этот коэффициент для алюминия в 2 раза выше, чем у латуни и стали. К тому же с материалом легко работать. Для увеличения теплопроводности конструкция радиатора анодирована (окрашена в черный цвет).

Из керамики

Этот материал в последнее время стали использовать для изготовления радиаторов отопления. Керамика обладает средней теплопроводностью, однако отличается небольшой шероховатостью и не проводит электрический ток.

Из меди

Теплопроводность металла достигает 400 Вт / м * К. В этом отношении материал уступает только серебру. Однако медные радиаторы выпускаются гораздо реже алюминиевых.

Это связано с:

• большой вес конструкции;
• сложность механической обработки;
• высокая стоимость материала.

Использование меди увеличивает стоимость светильника, делая его неконкурентоспособным.

Из термопластика

Полимеры по теплопроводности уступают алюминию, но имеют меньший вес и стоимость. Производители светодиодов используют этот материал для создания своих корпусов. При производстве светильников мощностью более 10 Вт термопласты не могут конкурировать с металлами.

Решаем проблему охлаждения

Маломощные светодиоды, например: 3528, 5050 и им подобные, выделяют тепло за счет своих контактов, а мощность у таких копий намного меньше. При увеличении мощности устройства возникает вопрос об отводе лишнего тепла. Для этого используются пассивные или активные системы охлаждения.

Пассивное охлаждение представляет собой обычный медный или алюминиевый радиатор. Преимущества охлаждающих материалов противоречивы. Преимущество такого типа охлаждения — отсутствие шума и практически полное отсутствие необходимости в его обслуживании.

Установка светодиодов с пассивным охлаждением в даунлайт

Активная система охлаждения — это метод охлаждения, который использует внешнюю силу для улучшения рассеивания тепла. Самая простая система — это комбинация радиатора + кулера. Преимущество в том, что такая система может быть намного компактнее пассивной, до 10 раз. Недостаток — шум кулера и необходимость смазки.

Охлаждение мощных светодиодов

Для отвода тепла используются принудительные или естественные системы. Использование второго варианта при изготовлении осветительных приборов мощностью более 50 Вт нецелесообразно. Размеры радиатора достигают 20-30 см, вес — 0,5 кг. В этом случае устройства сочетаются с компактными вентиляторами. Для устройства требуется шнур питания. Кроме того, прибор оборудован системой аварийного отключения, которая срабатывает в случае выхода из строя вентилятора.

Есть еще один способ охлаждения мощных светодиодных элементов — установка готового устройства SynJet.

Основные преимущества модуля:

• повышенная производительность;
• минимальное термическое сопротивление;
• легкий.

Размеры продукта зависят от модели. К недостаткам можно отнести высокую цену и необходимость подключения дополнительного источника питания. Обеспечить лучший тепловой контакт между модулем и подложкой диода невозможно, поэтому поверхности покрыты термопастой. Качественный состав отличается низкой вязкостью, невозможностью застывать.

Дешевые теплоотводчики для любительских самооделок

Специально для радиолюбителей, любящих экспериментировать с разными материалами для отвода тепла и при этом не желающих тратиться на дорогую готовую продукцию, мы дадим несколько советов по поиску и изготовлению радиаторов своими руками. Для охлаждения светодиодных лент и линейок отлично подойдет алюминиевый мебельный профиль. Это могут быть направляющие для шкафов-купе или кухонные принадлежности, остатки которых можно за отдельную плату приобрести в мебельном магазине.

Для охлаждения светодиодных матриц мощностью 3-10 Вт подойдут радиаторы от советских магнитофонов и усилителей, которых на радиорынках каждого города хоть отбавляй. Также можно использовать запчасти старой оргтехники.

Самодельное охлаждение для светодиода мощностью 50Вт можно осуществить радиатором неисправной бензопилы, газонокосилки, распилив его на несколько частей. Такие запчасти можно купить в ремонтных мастерских по цене лома. Конечно, в этом случае можно забыть об эстетических качествах светодиодной лампы.

Светодиоды считаются одними из самых эффективных источников света, их световой поток достигает фантастических значений, порядка 100 лм / Вт. Люминесцентные лампы излучают половину, то есть 50-70 Лм / Вт. Однако для длительной работы светодиода необходимо выдерживать их тепловой режим. Для этого используются фирменные или самодельные радиаторы для светодиодов.

Что влияет на яркость ленты

На яркость светодиодной ленты при подключении к источнику питания влияет несколько факторов:

1. Размеры ледяного кристалла.
2. Плотность светодиодов.
3. Честность производителя.

В самых ярких моделях светодиодных лент используются светодиодные элементы нескольких типоразмеров, которые отличаются яркостью:

1. Уровень яркости — не более 5 лм. Их обычно используют в качестве дополнительного освещения, например, для украшения потолка, гардеробной или рабочей зоны стола.
2. 5050, 5055, 5060. Уровень яркости таких кристаллов льда достигает порядка 15 лм, что уже достаточно для использования светодиодных лент на их основе как самостоятельных ламп. Катушки продукта хватит на 7-9 квадратных метров помещения.
3. Показатель яркости достигает почти 30 люмен. К тому же световой поток, создаваемый лентой на их основе, уже и мощнее. Рулон 5 метров расходуется на 11-13 м2 площади.
4. 5630 или 5730. Диоды этого типа отличаются самым ярким показателем яркости — до 75 лм. Светодиодные ленты на их основе служат основным источником освещения в местах с просторными помещениями: магазинах, выставках, холлах.

Индекс плотности диода также влияет на уровень яркости светодиодной ленты. Например, для изделий из кристаллов льда 3528 степень яркости изменяется в следующих соответствующих пределах (количество льда — яркость в люменах):

1. 60 — 300.
2. 120 — 600.
3. 240 — 1200.

Как уже отмечалось, не все производители следуют честным путем, но стремятся сэкономить на компонентах за счет сокращения или замены основных компонентов. При тех же внешних характеристиках и одинаковой цене подделка будет отличаться от оригинала в худшую сторону яркостью, долговечностью и общими характеристиками.

Как рассчитать площадь?

Рассчитать параметр можно двумя способами:

• конструкция, в которой определены геометрические размеры конструкции при требуемом температурном режиме;
• тест, который предполагает выполнение расчетов в обратном порядке (для радиатора одинакового размера рассчитывается количество тепла, которое конструкция способна рассеять).

Применение того или иного метода зависит от имеющихся исходных параметров. Точный расчет сложнее.

Точный расчет

Около 70% потребляемой энергии преобразуется в тепло. При расчете параметров радиатора необходимо знать количество рассеиваемой энергии.

Для его расчета используйте формулу T = k * UPR * IPR, где:

• ПТ — мощность, преобразуемая в тепло (Вт);
• UPR — падение напряжения при прохождении через светодиод номинального тока (В);
• k — процент энергии, преобразованной в тепло (для мощных устройств 0,7-0,8);
• DPI — номинальный ток (А).

На следующем этапе рассчитывается количество препятствий на пути теплового потока. Каждый из этих объектов представляет собой сопротивление, обозначенное символами Rθ.

Система охлаждения представлена ​​в виде параллельной цепи последовательного включения Rθja = Rθjc + Rθcs + Rθsa, где:

• Rθjc — сопротивление стыка тела;
• Rθsa — радиатор-воздушный;
• Rθcs — корпус радиатора.

Если диод монтируется на печатной плате с использованием термопасты, учитывается их сопротивление. Для вычисления значения Rθsa последовательно используются несколько формул.

Во-первых — Rθja = (Tj-Ta) / Pт, где

• Rθja — сопротивление перехода в воздух;
• Tj — самая высокая температура (эталонное значение);
• Та — показатель нагрева участков, расположенных около радиатора.

На втором этапе применяется формула Rθsa = Rθja-Rθjc-Rθcs, где Rθjc и Rθcs являются опорными значениями. Радиатор выбирается исходя из рассчитанного Rθsa. Заявленный производителем параметр должен быть меньше полученного.

Приблизительный

Некоторые домашние мастера используют радиаторы, взятые из старых электронных устройств. Для расчета энергии, рассеиваемой такими деталями, используется формула, не отличающаяся высокой точностью расчета: Rθsa = 50 / √S, где S — поверхность радиатора. Подставляя значение, полученное с учетом ребер и боковых граней, вычисляется тепловое сопротивление.

Максимальная мощность рассчитывается по формуле Pt = (Tj-Ta) / Rja. В расчете не учитываются многие факторы, влияющие на работу системы охлаждения: температурный режим светодиодов, направление ребер радиатора. Поэтому полученное значение умножаем на 0,7.

Процедура теплообмена

Чтобы поддерживать низкую температуру перехода и поддерживать высокие характеристики светодиодов, необходимо учитывать все методы отвода тепла от светодиодов. Проводимость, конвекция и излучение — это три способа передачи тепла. Обычно светодиоды заключены в прозрачную смолу, которая плохо проводит тепло. Почти все выделяемое тепло проходит через заднюю часть чипа.

Тепло генерируется PN-переходом электрической энергии, которая не была преобразована в пригодный для использования свет, и передается во внешнюю среду по пути, от соединения к припою, от припоя к плате и подложке к теплоотводу, а затем в атмосферу.

На рисунках показан типичный вид светодиода сбоку и его тепловая диаграмма.

Температура перехода будет ниже, если термическое сопротивление ниже, и аналогично при более низкой температуре окружающей среды. Чтобы максимально увеличить полезный диапазон температуры окружающей среды для заданной рассеиваемой мощности, общее тепловое сопротивление от соединения до окружающей среды должно быть минимизировано.

Значения термического сопротивления широко варьируются в зависимости от материала или поставщика компонентов. Например, R JC будет находиться в диапазоне от 2,6 ° C / Вт до 18 ° C / Вт, в зависимости от производителя светодиода. Термическое сопротивление термостойкого материала (TIM) также будет варьироваться в зависимости от типа выбранного материала. Обычные TIM — это эпоксидная смола, термопаста, самоклеящийся клей и припой.

КАК ПРИДЕЛАТЬ РАДИАТОР К ДИОДУ

Собирая электронное устройство из набора электронных компонентов, просто радиоконструктора, полезно ознакомиться с опытом предшественников, тех, кто уже собрал его и успел поделиться полученной информацией, например, на сайтах Радиосхем, Эльво, Технообзор или Эль-Схема. Это не только избавит вас от ошибок, но и позволит внести в проект что-то новое, полезное для функционирования схемы устройства на этапе сборки.

Комплект для монтажа блока питания комплектовался выпрямительными диодами 1N5408, максимальное обратное их напряжение — 1000 В, максимальный постоянный прямой ток — 3 А . что эти диоды нещадно греются до тока даже 2 А и рекомендуют в обязательном порядке заменять их с более мощными. То, что они нагреваются, неудивительно, ведь при выходном токе 3 А выпрямительные диоды на входе нужно выставить не менее 5 А. Однако при таком подходе не менее одной трети компонентов любого комплекта для монтажа электронных устройств необходимо будет заменить. Думаю, правильнее было бы подойти к этой проблеме более объективно и взвешенно. Так что каждый радиолюбитель уже заранее знает, какой ток он на самом деле будет брать с выхода блока питания при сборке. В данном конкретном случае это будет максимум 1 А, в случае, если я сохраню это на короткое время до 1,5 А. Блок питания полностью выдержит эту нагрузку, но чтобы облегчить выполнение этой задачи, вы можете сделай что-нибудь.

Самый простой способ охлаждения электрических компонентов (ERI) — пассивный отвод тепла через радиаторы. В его основе лежат явления теплопроводности материалов и естественной конвекции. Внутренние размеры полупроводникового кристалла очень малы, поэтому конвекции достаточно для его охлаждения. Но когда корпус электронных компонентов прикреплен к радиатору, площадь охлаждаемой поверхности увеличивается во много раз. Благодаря теплопроводности тепло от тела охлаждаемой детали передается металлическому радиатору. Установка диодов на радиаторы охлаждения известна давно, но эти диоды должны быть соответствующей конструкции (на одном конце резьба с гайкой), а вот вывод обычный. И эта проблема решена, поэтому на анализируемых платах нередко можно увидеть выходной диод, снабженный радиатором охлаждения. Также была удалена пара, и если радиатор слева оловянный, то тот, что справа, выглядит достаточно прочным. Все вместе взятые вдохновили.

Из листового металла вырезал полоски шириной по диаметру диодов и длиной вдвое больше их длины. Я зачистил его наждачной бумагой и просверлил отверстия по толщине выводов диода. Расстояние отверстия от края немного больше диаметра диода. Затем первая кривая: изогнутая плоскость плотно входит в корпус диода. Вторая кривая находится на уровне кривой выпуска, только вертикально вверх.

Осталось припаять изготовленный радиатор к выходу диода, обыкновенного олова, только использованный флюс Ф-38н, рекомендованный для стали. Чтобы подогнать горизонтальную плоскость радиатора к корпусу, перед сваркой закрепил плоскогубцами. В результате у меня появились диоды с радиаторами, которые правильно выполняют свою функцию охлаждения и уберегут диоды от значительного количества избыточного тепла.

Это простейшие пластинчатые радиаторы, улучшенный радиатор представляет собой набор из нескольких пластин, согнутых в разные стороны. Для изготовления пластинчатых радиаторов следует использовать плиты толщиной не менее 1,5 миллиметра. Лучшим КПД обладают медные радиаторы.

Чуть более совершенный радиатор, возможно его дальнейшее усложнение. К недостаткам радиаторов можно отнести относительно невысокий КПД и значительные размеры — например, для получения мощности 1 Вт требуется охлаждающая поверхность площадью от 25 до 250 кв. См. Однако такой способ охлаждения не требует последующих затрат на его организацию, и это объективно является безусловным преимуществом перед другими. Бабай из Барнаула.

Виды

Конструктивно все радиаторы можно разделить на три большие группы: пластинчатые, стержневые и ребристые. Во всех случаях основание может иметь форму круга, квадрата или прямоугольника. Толщина основания имеет принципиальное значение при выборе, так как именно эта область отвечает за прием и равномерное распределение тепла по всей поверхности радиатора.

На форм-фактор радиатора влияет будущий режим работы:

• с естественной вентиляцией;
• с принудительной вентиляцией.

Радиатор охлаждения светодиодов, которые будут использоваться без вентилятора, должен иметь расстояние между ребрами не менее 4 мм. В противном случае естественной конвекции будет недостаточно для правильного отвода тепла. Яркий пример — системы охлаждения компьютерных процессоров, где благодаря мощному вентилятору расстояние между ребрами сокращено до 1 мм.

При проектировании светодиодных осветительных приборов большое внимание уделяется их внешнему виду, что оказывает огромное влияние на форму радиатора. Например, система отвода тепловой энергии светодиодной лампы не должна выходить за рамки стандартной грушевидной формы. Этот факт вынуждает разработчиков прибегать к различным мерам предосторожности: использовать печатные платы с алюминиевой основой, соединяя их с корпусом радиатора с помощью термоклея.

Расчет и изготовление радиатора для светодиодов

Светодиоды считаются одними из самых эффективных источников света, их световой поток достигает фантастических значений, порядка 100 лм / Вт. Люминесцентные лампы излучают половину, то есть 50-70 Лм / Вт. Однако для длительной работы светодиода необходимо выдерживать их тепловой режим. Для этого используются фирменные или самодельные радиаторы для светодиодов.

Зачем диодам нужно охлаждение?

Несмотря на высокую светоотдачу, светодиоды излучают около трети потребляемой мощности, а остальная часть выделяется в виде тепла. Если диод перегревается, структура его кристалла нарушается, он начинает разрушаться, световой поток уменьшается, а степень нагрева лавинообразно возрастает.

Причины перегрева светодиода:

• Слишком сильный ток;
• плохая стабилизация питающего напряжения;
• плохое охлаждение.

Первые две причины решаются применением качественного блока питания для светодиодов. Такие источники часто называют драйверами светодиодов. Их особенность заключается не в стабилизации напряжения, а в стабилизации выходного тока.

Дело в том, что при перегреве сопротивление светодиода уменьшается, а ток, протекающий через него, увеличивается. Если в качестве источника питания использовать стабилизатор напряжения, процесс обернется лавинообразно — больше нагрева означает больше тока, больше тока означает больше нагрева и так далее по кругу.

За счет стабилизации тока температура кристалла частично стабилизируется. Третья причина — плохое охлаждение светодиодов. Рассмотрим эту проблему подробнее.

Решаем проблему охлаждения

Маломощные светодиоды, например: 3528, 5050 и им подобные, выделяют тепло за счет своих контактов, а мощность у таких копий намного меньше. При увеличении мощности устройства возникает вопрос об отводе лишнего тепла. Для этого используются пассивные или активные системы охлаждения.

Пассивное охлаждение представляет собой обычный медный или алюминиевый радиатор. Преимущества охлаждающих материалов противоречивы. Преимущество такого типа охлаждения — отсутствие шума и практически полное отсутствие необходимости в его обслуживании.

Активная система охлаждения — это метод охлаждения, который использует внешнюю силу для улучшения рассеивания тепла.

Самая простая система — это комбинация радиатора + кулера. Преимущество в том, что такая система может быть намного компактнее пассивной, до 10 раз.

Недостаток — шум кулера и необходимость смазки.

Как подобрать радиатор?

Расчет радиатора для светодиода — процесс непростой, особенно для новичка. Для его выполнения необходимо знать термическое сопротивление кристалла, а также кристалл-подложка, подложка-радиатор, переход радиатор-воздух. Чтобы упростить решение, многие люди используют соотношение 20-30 см2 / Вт.

Это означает, что на каждый ватт светодиодной лампы нужно использовать радиатор площадью около 30 см2.

Конечно, это решение не уникальное. Если ваша осветительная конструкция будет использоваться в прохладном подвале, вы можете занять меньшую площадь, но убедитесь, что температура светодиодов находится в пределах нормы.

Предыдущие поколения светодиодов комфортно себя чувствовали при температуре кристаллов 50-70 градусов, новые светодиоды выдерживают температуру до 100 градусов. Самый простой способ определить — пощупать рукой, если рука еле держится — все в порядке, а если кристалл может вас обжечь — примите решение улучшить условия его работы.

Считаем площадь

Допустим, у нас есть лампа мощностью 3 Вт. Площадь радиатора для светодиода мощностью 3Вт по описанному выше правилу будет равна 70-100 см2. На первый взгляд это может показаться великолепным.

Но давайте рассмотрим расчет площади радиатора для светодиода. Для плоского радиатора считается площадь:

а * б * 2 = S

Где a, b — длины сторон пластины, S — общая площадь радиатора.

Откуда коэффициент 2? Дело в том, что такой радиатор имеет две стороны и они одинаково отдают тепло в окружающую среду, поэтому общая полезная площадь радиатора равна площади каждой из его сторон. Таковые в нашем случае нам понадобятся тарелки с размером стороны 5 * 10см.

Для радиатора с оребрением общая площадь равна площади основания и площадям каждого из ребер.

Охлаждение своими руками

Простейшим примером радиатора может быть «солнышко», вырезанное из жести или алюминиевой фольги. Такой радиатор может охлаждать светодиоды мощностью 1-3 Вт. Скрутив два таких листа вместе через термопасту, можно увеличить площадь теплопередачи.

Это банальный радиатор из подручных средств, он получается довольно тонким и его нельзя использовать для более серьезных ламп.

Сделать таким способом радиатор для светодиода на 10Вт своими руками не получится. Таким образом, для таких мощных источников света можно использовать излучатель от центрального процессора компьютера.

Если вы покинете чиллер, активное охлаждение светодиодов позволит использовать более мощные светодиоды. Такое решение создаст дополнительный шум от вентилятора и потребует дополнительного питания, а также периодического обслуживания кулера.

Площадь радиатора для светодиода мощностью 10 Вт будет довольно большой — около 300 см2. Хорошим решением будет использование готовых алюминиевых изделий. В строительном или строительном магазине вы можете приобрести алюминиевый профиль и использовать его для охлаждения мощных светодиодов.

Произведя сборку площади, необходимой для таких профилей, можно добиться хорошего охлаждения, не забудьте покрыть все стыки хотя бы тонким слоем термопасты. Надо сказать, что существует специальный профиль для охлаждения, который промышленно выпускается самых разных типов.

Если у вас нет возможности сделать светодиодный радиатор охлаждения своими руками, можно поискать подходящие копии в старой электронной технике, даже в компьютере.

Их несколько расположено на материнской плате. Они нужны для охлаждения чипсетов и переключателей питания цепей питания. Прекрасный пример такого решения представлен на фото ниже. Их площадь обычно составляет от 20 до 60 см2.

Это позволяет охлаждать светодиод мощностью 1-3 Вт.

Еще один интересный вариант изготовления радиатора из алюминиевых листов. Такой способ позволит получить практически все необходимые зоны охлаждения. Смотрим видео:

Как сделать радиатор для светодиода своими руками?

Собрать простую алюминиевую конструкцию для светильника с низким энергопотреблением несложно. Для этого потребуется металлическая лента толщиной 2-3 мм.

Радиатор состоит из:

1. На пластине делают насечки с шагом 5 мм. Полученные сектора загибают, придавая конструкции вид крыльчатки.
2. Формируются отверстия для крепления радиатора.

радиатор для прибора на 10 Вт сделать сложнее, для этого потребуется 1 м алюминиевого профиля толщиной 2 мм и шириной 2 мм. Сначала полоса разрезается на 8 частей. Сегменты укладываются друг на друга, делается сквозное отверстие, элементы скрепляются болтом и гайкой. Один край отшлифован, чтобы закрепить светодиодную ленту. Разложите тарелки в разные стороны. Отверстия проделываются в местах установки модуля. Самодельный радиатор обрабатывается горячим клеем, устанавливается матрица, которая фиксируется саморезами.

Вариант 2

Радиатор для светодиодов своими руками можно сделать из фрагмента алюминиевой трубки прямоугольного сечения.

Необходимые материалы:

• размер трубки 30х15х1,5 мм;
• мойка высокого давления диаметром 16 мм;
• термоклей;
• термопаста КТП-8;
• W профиль 265;
• саморезы.

Для оптимизации условности просверливаются три отверстия диаметром 8 мм, а в профиле — отверстия диаметром 3,8 мм для крепления с помощью саморезов.

Светодиоды приклеиваются к трубке — основной части радиатора — термоклеем. В местах соединения деталей радиатора наносится слой термопасты КТП-8.

Затем приступают к сборке конструкции при помощи саморезов с шайбой высокого давления.

Радиатор для светодиодов: алюминиевый термоклей для ленты своими руками, термопаста-теплоотвод, профиль для мощного охлаждения

Устройство и принципы работы светодиодного радиатора. Правила выбора материала и площади детали. Изготавливаем радиатор своими руками быстро и легко.

Распространенное мнение, что светодиоды не нагреваются, — заблуждение. Он родился потому, что маломощные светодиоды не горячие на ощупь. Дело в том, что они оснащены радиаторами — радиаторами.

Принцип действия теплоотвода

Основным потребителем тепла, выделяемого светодиодом, является окружающий воздух. Его холодные частицы приближаются к нагретой поверхности теплообменника (радиатора), нагреваются и устремляются вверх, освобождая место для новых холодных масс.

Когда они сталкиваются с другими молекулами, тепло распределяется (рассеивается). Чем больше поверхность радиатора, тем интенсивнее он будет передавать тепло от светодиода в воздух.

Количество тепла, поглощаемого воздушной массой на единицу площади, не зависит от материала радиатора: эффективность естественного «теплового насоса» ограничена его физическими свойствами.

Материалы для изготовления

Светодиодные радиаторы охлаждения различаются по конструкции и материалу.

Окружающий воздух не может получать более 5-10 Вт с одной поверхности. При выборе материала для изготовления радиатора необходимо учитывать следующее условие: его теплопроводность должна быть не менее 5-10 Вт. Материалы с меньшим параметром не смогут передать все тепло, которое может передать воздух впитывать.

Теплопроводность выше 10 Вт будет технически завышенной, что приведет к неоправданным финансовым затратам без повышения эффективности радиатора.

Традиционно для производства радиаторов используют алюминий, медь или керамику. В последнее время появились изделия из пластика, отводящего тепло.

Пластмассы теплорассеивающие

О перспективах замены металла и керамики на термодиспергирующий пластик появляется все больше и больше. Интерес к этому материалу понятен: пластик намного дешевле алюминия, а технологичность его намного выше. Однако теплопроводность обычного пластика не превышает 0,1-0,2 Вт / мК. Добиться приемлемой теплопроводности пластика можно за счет использования различных наполнителей.

При замене алюминиевого радиатора на пластиковый (такого же размера) температура в зоне отвода температуры увеличивается всего на 4-5%. Учитывая, что теплопроводность теплоотводящего пластика намного ниже, чем у алюминия (8 Вт / мК против 220-180 Вт / мК), можно сделать вывод, что пластик вполне конкурентоспособен.

Лампа радиатора из термопласта

Таблица — Сравнение теплопроводности различных материалов

Материал Теплопроводность, Вт / мК

Алюминий 120-240

Медь 401

Керамический 15-40; 100-200

Пластмассовые радиаторы 1-40

Термопаста 0,1 — 10

Конструктивные особенности

Конструктивные радиаторы делятся на две группы:

Первый тип в основном используется для естественного охлаждения светодиодов, второй — для принудительного охлаждения. При такой же занимаемой площади пассивный игольчатый радиатор на 70% эффективнее ребристого.

Игольчатые радиаторы для светодиодов большой мощности и smd

Но это не значит, что пластинчатые (ребристые) радиаторы годны только для работы в паре с вентилятором. В зависимости от геометрических размеров они также могут использоваться для пассивного охлаждения.

Светодиодная лампа с ребристым радиатором

Обратите внимание на расстояние между пластинами (или иголками): если оно 4 мм — изделие рассчитано на естественный отвод тепла, если расстояние между элементами радиатора всего 2 мм — необходимо оборудовать вентилятором.

Оба типа радиаторов могут быть квадратными, прямоугольными или круглыми.

Сделать своими руками

Радиолюбители редко берутся за изготовление радиаторов, так как этот элемент — вещь ответственная, напрямую влияющая на срок службы светодиода. Но в жизни есть несколько ситуаций, когда придется повозиться с радиатором из подручных средств.

Вариант 1

Самая простая конструкция самодельного радиатора — вырезанный из алюминиевой фольги круг с насечками на нем. Получившиеся сектора слегка загнуты (получается что-то похожее на веер).

по осям излучателя загнуты 4 антенны для крепления конструкции к корпусу лампы. Светодиод можно закрепить саморезами, используя термопасту.

Вариант 1 — самодельный алюминиевый радиатор

Вариант 2

Радиатор для светодиода можно сделать своими руками из отрезка прямоугольной трубки и алюминиевого профиля.

Необходимые материалы:

• трубка 30х15х1,5;
• мойка высокого давления диаметром 16 мм;
• горячий клей;
• термопаста КТП 8;
• профиль 265 (при W);
• саморезы.

Для улучшения конвекции в трубе просверливаются три отверстия диаметром 8 мм, а в профиле просверливаются отверстия диаметром 3,8 мм для крепления саморезами.

Светодиоды приклеиваются к трубке — основанию радиатора — горячим клеем.

На стыки деталей радиатора наносится слой термопасты КТП 8. Затем конструкция собирается с помощью саморезов с шайбой высокого давления.

Способы крепления светодиодов к радиатору

Светодиоды крепятся к радиаторам двумя способами:

• механик;
• оклейка.

Можно приклеить светодиод на горячий клей. Для этого на металлическую поверхность наносится капля клея, затем на нее ставится светодиод.

Чтобы получить прочное соединение, светодиод нужно прижимать с небольшим грузом в течение нескольких часов, пока клей полностью не высохнет.

Однако большинство радиолюбителей предпочитают крепить светодиоды механическим способом. Сейчас производятся специальные панели, с помощью которых можно быстро и надежно смонтировать светодиод.

Некоторые модели оснащены фиксаторами вторичной оптики. Установка проста: на радиатор устанавливается светодиод, на нем есть розетка, которая крепится к основанию саморезами.

Но не только светодиодные радиаторы можно сделать своими руками. Любителям растений рекомендуем ознакомиться со светодиодной лампой для рассады своими руками.

Качественное охлаждение светодиода — залог его срока службы. Поэтому к выбору радиатора нужно подойти со всей серьезностью. Лучше использовать готовые теплообменники — они продаются в радиомагазинах. Радиаторы недешевы, но их легко установить, а светодиод более надежно защищает от перегрева.