LED-es radiátor számítása és gyártása. Olvadó ragasztó LED-ekhez - csináld magad alumínium radiátor A LED-ek radiátorhoz való rögzítésének módjai

Vannak hozzávetőleges adatok a tajvani szakemberektől az alumínium bordás radiátorokra vonatkozóan:

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

Ezek az adatok passzív hűtésre vonatkoznak.

De ezeket az adatokat az éghajlati viszonyaikra számították, és mégis hozzávetőlegesek. az értékek nem pontosak, felfutás van a környéken.

A számításhoz ismernie kell a következő paramétereket:

1. Meg kell értenie, hogy milyen típusú radiátort fog használni:

lemez, tű, bordás

• lamellás

• Tű (tű)

• Bordázott

2. Figyelembe kell vennie a radiátort alkotó anyagot is. Leggyakrabban réz vagy alumínium, de mostanában megjelentek hibridek is.

A hibridek beépített rézlemezzel rendelkeznek, amely érintkezik a munkaelemmel (a hűtést igénylő elem, jelen esetben a LED), majd alumíniummal.

3. A radiátort nem a felület, hanem az effektív disszipációs terület alapján számítjuk ki.

4. A következő tényező az, hogy a hő hogyan távozik a munkaelemből a radiátorba, azaz. hőpasztával vagy hőszalaggal felhordva, vagy egyszerűen forrasztva.

5. Hasznos lesz tudni a kristály ellenállását - a LED házát

6. Lesz-e további hűtés a radiátoron, és mi lesz:

• Hűtővel (kis ventilátor):

• Vízhűtés:

Természetesen a vízhűtés hatékonyabb lesz, mint egy hűtő, de teljesítménytől függően a vele való hűtés 3-5-szörösére csökkenti a radiátor területét. A vízzel pedig egyéb problémák is felmerülhetnek, például a rendszer tömítettsége.

7. Figyelembe kell venni a bemeneti teljesítményt is, pl. ha a LED maximálisan működik, akkor több hűtést is igényel, a többletteljesítmény teljesen hővé alakul, de ha a terhelést mondjuk felére csökkentik, akkor a túlmelegedés sokkal kisebb lesz.

Érdemes megfontolni azt is, hogy a készülék beltéren vagy kültéren hol helyezkedik el, üzemelni fog.

Az interneten is van egy kísérletileg kapott képlet, hasznos lehet:

S hűtő = (22-(M x 1,5)) x W
S – radiátor (hűtő) terület
W - bemeneti teljesítmény wattban
M – fennmaradó fel nem használt LED teljesítmény

A kapott területen nincs szükség további eszközre a radiátor hűtésére, a hűtés természetesen történik, és bármilyen körülmények között jó hőelvezetést biztosít.
A képlet alumínium radiátorra vonatkozik. A réz esetében a terület csaknem 2-szeresére csökken.

Különféle anyagok hővezető képessége W / m * °C-ban

ezüst - 407

arany - 308

alumínium - 209

sárgaréz - 111

platina - 70

szürke öntöttvas - 50

bronz - 47-58

A LED-es radiátor készüléke és működési elve. Az alkatrész anyagának és területének kiválasztására vonatkozó szabályok. Gyorsan és egyszerűen készítünk radiátort saját kezűleg.

Az a közhiedelem, hogy a LED-ek nem melegszenek fel, tévhit. Ez azért merült fel, mert az alacsony fogyasztású LED-ek érintése nem forró. A helyzet az, hogy hűtőbordákkal - radiátorokkal vannak felszerelve.

A hűtőborda működési elve

A LED által termelt hő fő fogyasztója a környezeti levegő. Hideg részecskéi megközelítik a hőcserélő (radiátor) fűtött felületét, felmelegszenek és felfelé rohannak, helyet adva új hideg tömegeknek.

Más molekulákkal való ütközéskor a hő eloszlik (eloszlik). Minél nagyobb a hűtőborda felülete, annál intenzívebben viszi át a hőt a LED-ből a levegőbe.

Olvasson többet a LED-ek működési elveiről.

A légtömeg által egységnyi felületre felvett hőmennyiség nem függ a radiátor anyagától: a természetes „hőszivattyú” hatásfokát fizikai tulajdonságai korlátozzák.

Anyagok a gyártáshoz

A LED-ek hűtésére szolgáló radiátorok kialakítása és anyaga eltérő.

A környezeti levegő egyetlen felületről legfeljebb 5-10 W-ot vehet fel. A radiátor gyártásához szükséges anyag kiválasztásakor a következő feltételt kell figyelembe venni: hővezető képességének legalább 5-10 W-nak kell lennie. A kisebb paraméterű anyagok nem képesek átadni a levegő által felvett összes hőt.

A 10 W feletti hővezetőképesség műszakilag túlzott lesz, ami indokolatlan pénzügyi költségekkel jár a radiátor hatékonyságának növelése nélkül.

A radiátorok gyártásához hagyományosan alumíniumot, rezet vagy kerámiát használnak. Az utóbbi időben megjelentek a hőleadó műanyagból készült termékek.

Alumínium

Az alumínium radiátor fő hátránya a többrétegű kialakítás. Ez elkerülhetetlenül átmeneti hőellenállások megjelenéséhez vezet, amelyeket további hővezető anyagok alkalmazásával kell leküzdeni:

• ragasztóanyagok;
• szigetelő lemezek;
• légréseket kitöltő anyagok stb.

Az alumínium radiátorok a legelterjedtebbek: jól préselhetők, és meglehetősen elviselhetően megbirkóznak a hőelvezetéssel.

Alumínium hűtőbordák 1W-os LED-ekhez

Réz

A réz hővezető képessége nagyobb, mint az alumínium, ezért bizonyos esetekben indokolt a radiátorok gyártásához való felhasználása. Ez az anyag általában gyengébb, mint az alumínium a felépítés és a gyárthatóság szempontjából (a réz kevésbé hajlékony fém).

A rézradiátort préseléssel - a leggazdaságosabb - nem lehet előállítani. A vágás pedig a drága anyag hulladékának nagy százalékát adja.

Réz radiátorok

Kerámiai

A hűtőborda egyik legsikeresebb lehetősége a kerámia hordozó, amelyre előzetesen áramvezető nyomokat visznek fel. A LED-eket közvetlenül hozzájuk forrasztják. Ez a kialakítás lehetővé teszi, hogy kétszer annyi hőt távolítson el, mint a fém radiátorok.

Izzó kerámia hűtőbordával

Hőleadó műanyagok

Egyre több információ szól arról, hogy a fém és a kerámia hőleadó műanyagra cserélhető. Az anyag iránti érdeklődés érthető: a műanyag sokkal olcsóbb, mint az alumínium, és a gyárthatósága is jóval magasabb. A közönséges műanyag hővezető képessége azonban nem haladja meg a 0,1-0,2 W / m.K értéket. A műanyagok elfogadható hővezető képessége különböző töltőanyagok használatával érhető el.

Ha egy alumínium radiátort műanyagra cserélünk (egyforma méretűre), a hőmérséklet a betáplálási zónában csak 4-5%-kal nő. Tekintettel arra, hogy a hőleadó műanyag hővezető képessége sokkal kisebb, mint az alumíniumé (8 W/m.K versus 220-180 W/m.K), arra a következtetésre juthatunk, hogy a műanyag meglehetősen versenyképes.

Izzó hőre lágyuló hűtőbordával

Tervezési jellemzők

A szerkezeti radiátorok két csoportra oszthatók:

• tű;
• bordázott.

Az első típust elsősorban a LED-ek természetes hűtésére használják, a másodikat a kényszerhűtésre. Egyenlő méretekkel a passzív tűradiátor 70 százalékkal hatékonyabb, mint a bordázott.

Tű típusú hűtőbordák nagy teljesítményű és smd LED-ekhez

De ez nem jelenti azt, hogy a lemezes (bordás) radiátorok csak ventilátorral együtt működnek. A geometriai méretektől függően passzív hűtésre is használhatók.

Led lámpa bordázott hűtőbordával

Ügyeljen a lemezek (vagy tűk) közötti távolságra: ha ez 4 mm - a termék természetes hőelvonásra készült, ha a radiátorelemek közötti hézag csak 2 mm - ventilátorral kell felszerelni.

Mindkét típusú radiátor lehet négyzet, téglalap vagy kerek keresztmetszetű.

Radiátorfelület számítás

A radiátor paramétereinek pontos kiszámításának módszerei számos tényező figyelembevételét jelentik:

• környezeti levegő paraméterei;
• szóródási terület;
• radiátor konfiguráció;
• annak az anyagnak a tulajdonságai, amelyből a hőcserélő készült.

De mindezekre a finomságokra szükség van egy hűtőbordát fejlesztő tervezőnek. A rádióamatőrök leggyakrabban az elhasználódott rádióberendezésekből vett régi radiátorokat használják. Csak annyit kell tudniuk, hogy mekkora a hőcserélő maximális teljesítmény disszipációja.

F \u003d a x Sx (T1 - T2), ahol

• Ф – hőáram (W);
• S a radiátor felülete (az összes borda vagy tű és a hordozó területének összege négyzetméterben). A terület számításakor figyelembe kell venni, hogy a bordának vagy lemeznek két hőelvezető felülete van. Vagyis egy 1 cm2 területű téglalap hűtőbordája 2 cm2 lesz. A tű felületét a kerület (π x D) és a magasság szorzataként számítjuk ki;
• T1 a hőelvezető közeg hőmérséklete (határ), K;
• T2 a fűtött felület hőmérséklete, K;
• a a hőátbocsátási tényező. Polírozatlan felületeknél ez 6-8 W/(m2K) feltételezett érték.

Van egy másik, kísérletileg kapott egyszerűsített képlet, amely felhasználható a szükséges radiátorfelület kiszámításához:

S = x W, ahol

• S a hőcserélő területe;
• W - bemeneti teljesítmény (W);
• M a LED fel nem használt teljesítménye.

Az alumíniumból készült bordás radiátorok esetében használhatja a tajvani szakértők hozzávetőleges adatait:

• 1 W - 10-15 cm2;
• 3 W - 30-50 cm2;
• 10 W - körülbelül 1000 cm2;
• 60 W - 7000-től 73000 cm2-ig.

Meg kell azonban jegyezni, hogy a fenti adatok pontatlanok, mivel meglehetősen nagy tartományban vannak feltüntetve. Ezenkívül ezeket az értékeket Tajvan éghajlatára határozzák meg. Csak előzetes számításokhoz használhatók.

A radiátor területének kiszámításának legmegbízhatóbb módját a következő videóban kaphatja meg:

DIY

A rádióamatőrök ritkán gyártanak radiátorokat, mivel ez az elem felelős dolog, amely közvetlenül befolyásolja a LED tartósságát. De az életben különböző helyzetek vannak, amikor rögtönzött eszközökből kell hűtőbordát készíteni.

1.opció

A házi készítésű radiátor legegyszerűbb kialakítása egy alumíniumlapból kivágott kör, amelyen bemetszések vannak. A kapott szektorok enyhén hajlottak (kiderül, hogy valami úgy néz ki, mint egy ventilátor járókerék).

4 antenna van meghajlítva a radiátor tengelyei mentén, hogy a szerkezetet a lámpatesthez rögzítsék. A LED a hőpasztán keresztül önmetsző csavarokkal rögzíthető.

1. lehetőség - házi alumínium radiátor

2. lehetőség

A LED radiátora saját kezűleg elkészíthető egy darab téglalap alakú csőből és alumínium profilból.

Szükséges anyagok:

• cső 30x15x1,5;
• nyomóalátét 16 mm átmérőjű;
• forró ragasztó;
• termikus zsír KTP 8;
• 265-ös profil (W-alakú);
• önmetsző csavarok.

A konvekció javítása érdekében három 8 mm átmérőjű lyukat fúrnak a csőbe, és 3,8 mm átmérőjű lyukakat fúrnak a profilba az önmetsző csavarokkal történő rögzítéshez.

A LED-eket a csőre - a radiátor aljára - forró ragasztóval ragasztják.

A radiátorrészek illesztési helyére KTP 8 hőpaszta réteget viszünk fel, majd nyomóalátéttel önmetsző csavarokkal összeállítjuk a szerkezetet.

A LED-ek radiátorhoz való rögzítésének módszerei

A LED-eket kétféleképpen rögzítik a hűtőbordákhoz:

• mechanikai;
• ragasztás.

A LED-et forró ragasztóra ragaszthatja. Ehhez egy csepp ragasztómasszát viszünk fel a fémfelületre, majd egy LED ül rá.

Az erős csatlakozás érdekében a LED-et kis terheléssel több órán keresztül le kell nyomni - amíg a ragasztó teljesen meg nem szárad.

A legtöbb rádióamatőr azonban a LED-ek mechanikus rögzítését részesíti előnyben. Jelenleg speciális paneleket gyártanak, amelyekre gyorsan és megbízhatóan szerelheti fel a LED-et.

Egyes modellek bilincsekkel rendelkeznek a másodlagos optikához. A telepítés egyszerű: a radiátorra egy LED van felszerelve, rajta egy aljzat, amely önmetsző csavarokkal van az alaphoz rögzítve.

De nem csak a LED-es radiátorok készíthetők önállóan. A növények kedvelőinek azt tanácsoljuk, hogy ismerkedjenek meg a LED-del.

A LED kiváló minőségű hűtése a LED tartósságának kulcsa. Ezért a radiátor kiválasztását teljes komolysággal kell megközelíteni. A legjobb, ha kész hőcserélőket használ: rádióüzletekben értékesítik. A radiátorok nem olcsók, de könnyen felszerelhetők, a LED pedig megbízhatóbban véd a túlmelegedéstől.

A LED-ek csak néhány éve jelentek meg. De már sikerült megszilárdítaniuk vezető pozíciójukat a világítástechnikai termékek piacán. Nemcsak világítási rendszerekben használhatók, hanem különféle kézműves vagy amatőr áramkörökben is. Ledekkel való foglalkozásnál ügyelni kell a hűtési lehetőségekre. A LED-ek hűtésének egyik módja a hűtőborda felszerelése.

Radiátorok LED-ek hűtéséhez

Cikkünk feltárja az összes titkot, hogyan kell megfelelően és egyidejűleg összeszerelni egy hűtőberendezést saját kezűleg.

Miért van szükség hűtőbordára?

Mielőtt folytatná a LED-ek hűtőbordájának önszerelését, ismernie kell magának a fényforrásnak a jellemzőit.
A LED-ek olyan félvezetők, amelyeknek két lába van („+” és „-”), azaz. polaritásuk van.

LED-ek

Annak érdekében, hogy megfelelő radiátort gyártsanak számukra, el kell végezni egy bizonyos számítást. Mindenekelőtt ennek a számításnak tartalmaznia kell a feszültségméréseket, valamint az áramerősséget. Ezenkívül emlékezni kell arra, hogy minden elektromosan intenzív eszköz, beleértve a LED-eket is, hajlamos felmelegedni. Ezért itt hűtőrendszerre van szükség.
Számításkor ne feledje, hogy a fényforrás kijelzett teljesítményének csak 1/3-a alakul át fényárammá (például 10w-ból 3-3,5). Ezért a fő rész a hőveszteség lesz. A hőveszteség minimalizálása érdekében használjon radiátorokat.

Jegyzet! A LED túlmelegedése az élettartamának csökkenéséhez vezet. Ezért a radiátor használata lehetővé teszi a fényforrás "élettartamának" meghosszabbítását is.

Ezért a LED-áramkörök minden fő elemhez hűtőkomplexumot tartalmaznak.
Ma a LED-eket tartalmazó elektromos áramkör elemeinek hűtéséhez három lehetőséget használhat a hőelvonásra:

• az eszköz testén keresztül (nem mindig lehetséges a megvalósítás);
• a nyomtatott áramköri lapon keresztül. A hűtés kisebb vezető utakon keresztül történik, amelyeken az áram folyik;
• radiátor segítségével. Alkalmas táblákhoz és LED-ekhez is.

Jegyzet! Az utóbbi helyzetben helyesen kell kiszámítani, hogy milyen területnek kell lennie.

Radiátor LED

A LED-ek hűtésének leghatékonyabb módja a hűtőborda használata, amelyet könnyedén megépíthet. Fontos megjegyezni, hogy a bordák alakja és száma befolyásolja a hűtőborda működését.

A hűtőbordák tervezési jellemzői

A saját kezükben tanácstalanul, hogy összeszereljenek egy LED-es radiátort, sokan felteszik a logikus kérdést: „melyik a jobb?”. Valójában ma a hűtőbordák két csoportja létezik, amelyek tervezési jellemzőikben különböznek:

• tű. Leggyakrabban természetes hűtőrendszerekhez használják. Az ilyen modelleket nagy teljesítményű LED-ekhez használják;

tűradiátor

• bordázott. Kényszerhűtési rendszerekben használatos. Ezeket a geometriai paraméterek függvényében választják ki. Használhatók azonban nagy teljesítményű LED-ek hűtésére is.

Bordás radiátor

A hűtőborda típusának kiválasztásakor emlékezni kell arra, hogy a tű passzív eszköz 70%-kal meghaladja a bordás modell hatékonyságát.
Bármilyen kialakítású (bordás vagy tű alakú) radiátor eltérő alakú lehet:

• négyzet;
• kerek;
• négyszögletes.

A LED-ekhez megfelelő hűtőborda opciót a hűtőrendszer igényeinek megfelelően kell kiválasztani.

Számítástechnikai jellemzők

A radiátor saját kezű létrehozásához szükséges áramkör kiszámítását mindig az elemalap kiválasztásával kell kezdeni. Ne felejtse el, hogy az itt megadott besorolásnak nemcsak az összeszerelt hűtőbordában rejlő potenciált kell megfelelnie, hanem a további veszteségek elkerülését is. Ellenkező esetben egy házi készítésű eszköz alacsony hatékonyságú lesz. És először is, ehhez ki kell számítani a radiátor területét.
Mit kell tartalmaznia egy ilyen paraméter kiszámításához, mint a terület:

• eszköz módosítása;
• mi a szórási terület;
• környezeti levegő indikátorok;
• az anyag, amelyből a hűtőborda készül.

Az ilyen árnyalatokat figyelembe kell venni, amikor új radiátort terveznek, és a régit nem módosítják. A hűtőborda önszerelésének legfontosabb mutatója a hőcserélő elem maximális megengedett teljesítménydisszipációjának mutatója lesz.
Kétféleképpen lehet kiszámítani a radiátor területét.
Az első számítási módszer. A szükséges terület meghatározásához az F = a x S x (T1 - T2) képletet kell használnia, ahol:

• F a hőáram;
• S a hűtőborda felülete;
• T1 - a hőt eltávolító közeg hőmérsékletének mutatója;
• T2 a fűtött felület hőmérséklete;
• a a hőátadást tükröző együttható. Ezt az együtthatót polírozatlan felületekre hagyományosan 6-8 W/(m2K)-nak tekintik.

Körméret

Ennek a számítási módszernek a használatakor emlékezni kell arra, hogy egy lemeznek vagy bordának két felülete van a hő eltávolítására. Ebben az esetben a tű felületének kiszámítása a kerület (π x D) segítségével történik, amelyet meg kell szorozni a magasságjelzővel.
A második számítási módszer. Itt egy kísérletileg levezetett, kissé leegyszerűsített képletet használunk. Ebben az esetben az S = x W képletet használjuk, ahol:

• S a hőcserélő területe;
• M a LED üresjárati teljesítménye;
• W - bemeneti teljesítmény (W).

Ezen túlmenően, ha bordás alumínium készüléket kell gyártani, a tajvani szakemberek által kapott adatok felhasználhatók a számításokhoz:

• 60 W - 7000-73000 cm2;
• 10 W - körülbelül 1000 cm2;
• 3 W - 30-50 cm2;
• 1 W - 10-15 cm2.

De ilyen helyzetben emlékezni kell arra, hogy a fenti adatok alkalmasak Tajvan éghajlati viszonyaira. Esetünkben ezeket csak az előzetes számítások elvégzésekor szabad figyelembe venni.

Hűtőborda anyaga

A LED-ek élettartama közvetlenül függ attól, hogy milyen anyagot használnak a félvezetőben, valamint a hűtőrendszer minőségétől.
A hűtőborda anyagának kiválasztásakor a következőket kell követnie:

• az anyag hővezető képessége legalább 5-10 W legyen;
• a hővezető képességnek 10 W felett kell lennie.

Ebben a tekintetben a hűtőborda gyártásához a következő anyagokat érdemes használni:

• alumínium. Az alumínium változat messze a leggyakrabban használt LED-ek hűtésére. Ugyanakkor az alumínium hűtőbordának jelentős hátránya van - több rétegből áll. Ennek a szerkezetnek köszönhetően az alumínium készülék hőellenállást vált ki. Ezeket csak további hővezető anyagok segítségével lehet leküzdeni, amelyek lehetnek szigetelőlemezek;

Jegyzet! Az alumínium radiátor a hátránya ellenére kiváló hőelvezetést végez. Alumínium lemezt használ, amelyet ventilátor fúj.

alumínium radiátor

• kerámia. A kerámia hűtőbordák speciális útvonalakkal rendelkeznek, amelyeken keresztül áramot vezetnek. A LED-ek ugyanazokhoz a sávokhoz vannak forrasztva. Az ilyen termékek kétszer annyi hőt képesek eltávolítani;
• réz. Itt van egy rézlemez. Magasabb hővezető képességgel rendelkezik, mint az alumínium. De a réz műszaki jellemzőiben és súlyában rosszabb, mint az alumínium. Ugyanakkor a réz nem képlékeny fém, és a feldolgozás után sok a hulladék;

réz hűtőborda

• műanyag. Az előnyök közé tartozik a megfizethető költség, valamint a magas szintű gyárthatóság. Ugyanakkor a mínuszok között kisebb a hővezető képesség.

Amint láthatja, az ár és a minőség szempontjából a legjobb megoldás az alumínium LED-ek radiátorának elkészítése saját kezűleg. Fontolja meg a LED-ek hűtőbordájának számos módját.

Hogyan készülnek a hűtőbordák?

Nem minden rádióamatőr vállalja szívesen az ilyen eszközök gyártását. Végül is ez lesz a főszerep. A LED-ekből készült világítási rendszer élettartama attól függ, hogy a hűtőborda mennyire jól készül kézzel. Ezért sokan inkább nem kockáztatnak, és szaküzletekben vásárolnak eszközöket a hűtőrendszerhez.

Házi készítésű radiátor diódákhoz

De vannak olyan helyzetek, amikor nem lehet megvásárolni, de rögtönzött eszközökből elkészíthető, ami minden rádióamatőr házi laboratóriumában probléma nélkül megtalálható. Itt két gyártási módszer létezik.

Az önszerelés első módja

A házi készítésű radiátor legegyszerűbb kialakítása természetesen egy kör lesz. Így lehet vágni:

• vágjon ki egy kört egy alumíniumlapból, és végezze el a szükséges számú vágást;

Szeletelt alumínium kör

• majd meghajlítunk egy kis szektort. Az eredmény egyfajta legyező;
• 4 antennát kell meghajlítani a tengelyek mentén. Segítségükkel az eszközt a lámpatesthez rögzítik;
• Az ilyen radiátoron lévő LED-ek hőpasztával rögzíthetők.

Kész radiátor kerek diódákhoz

Mint látható, ez egy meglehetősen egyszerű gyártási módszer.

Az önszerelés második módja

A LED-ekhez csatlakoztatott hűtőberendezés önállóan is készülhet egy téglalap keresztmetszetű csődarabból, valamint alumíniumprofilból. Itt szüksége lesz:

• nyomóalátét 16 mm átmérőjű;
• cső 30x15x1,5;
• termikus zsír KTP 8;
• W-profil 265;
• forró ragasztó;
• önmetsző csavarok.

A radiátort a következőképpen készítjük:

• fúrjon három lyukat a csőbe;

Radiátorcső opció

• Ezután megfúrjuk a profilt. Segítségével megtörténik a lámpához való rögzítés;
• forró ragasztóval rögzítjük a LED-eket a csőhöz, amely a hűtőborda alapjaként fog működni;
• a radiátorelemek illesztési helyeire kenjen fel egy réteg KTP 8 hőpasztát;
• hátra van a szerkezet összeszerelése nyomóalátéttel ellátott önmetsző csavarokkal.

Ezt a módszert valamivel nehezebb lesz megvalósítani, mint az első lehetőséget.

Következtetés

Tudva, hogy mi a LED-ekhez csatlakoztatott radiátor, teljesen lehetséges, hogy saját kezűleg elkészítse rögtönzött eszközökkel. Helyes összeszerelése nemcsak a világítási rendszer hatékony hűtését segíti elő, hanem a LED-ek élettartamának csökkenését is elkerüli.

Ismeretes, hogy a LED-ek élettartama közvetlenül függ a félvezetőben felhasznált anyag minőségétől, valamint az eszköz áramának és a termelt hő mennyiségének arányától. A fénykibocsátás fokozatosan csökken, és miután eléri a kezdeti érték felét, a LED élettartama csökkenni kezd. A készülékek élettartama akár 100 000 óra is lehet, de csak azzal a feltétellel, hogy nincs kitéve magas hőmérsékletnek.

A hőt termelő eszközök hűtésére a rádióelektronikában olyan eszközt használnak, mint például a LED-ek radiátora. Az egységek hőelvezetése a légkörbe két módszerrel történik.

A LED-ek hűtésének első módja

Ez a módszer a hőhullámok légkörbe történő kisugárzásán vagy termikus konvekción alapul. A módszer a passzív hűtés kategóriájába tartozik. Az energia egy része sugárzó infravörös árammal jut be a légkörbe, egy része pedig a radiátorból felmelegített levegő keringtetésén keresztül távozik.

A LED-technológiák közül a passzív hűtési áramkör vált a legelterjedtebbé. Nem rendelkezik forgó mechanizmusokkal, és nem igényel rendszeres karbantartást.

Ennek a rendszernek a hátrányai közé tartozik a nagy hűtőborda felszerelésének szükségessége. A tömege meglehetősen nagy, az ára pedig magas.

Második módszer

Turbulens konvekciónak hívják. Ez a módszer aktív. Ebben a rendszerben ventilátorok vagy más mechanikus eszközök alkalmazhatók, amelyek légáramot képesek létrehozni.

Az aktív hűtési módszer teljesítménye magasabb, mint a passzív módszer. De a kedvezőtlen időjárási viszonyok, a nagy mennyiségű por jelenléte, különösen a nyílt térben, nem teszik lehetővé az ilyen áramkörök telepítését mindenhol.

Radiátorok gyártása

Az anyag kiválasztásakor a következő szabályokat kell követni:

• A hővezető képességnek legalább 5-10 wattnak kell lennie. Az alacsonyabb besorolású anyagok nem tudják átadni a levegő által felvett összes hőt.
• A 10 W feletti hővezető képesség műszakilag túlzott mértékű lenne, ami szükségtelen pénzügyi költségekkel járna anélkül, hogy a készülék hatékonyságát növelné.

A LED-ek hűtőbordára történő rögzítésének módszerei

A LED-ek kétféle módon csatlakoztathatók a készülékhez:

• mechanikai;
• ragasztás.

Ragassza fel a LED-et hőragasztóval. Ebből a célból egy kis ragasztót viszünk fel a fémfelületre, majd egy LED-et helyezünk rá. A jó csatlakozás érdekében a LED-et terheléssel lenyomják, amíg a ragasztó teljesen meg nem szárad. De a legtöbb kézműves inkább a mechanikus módszert használja.

Jelenleg speciális panelek gyártása folyik, amelyeken keresztül lehetőség nyílik a dióda mielőbbi felszerelésére. Egyes modellek további bilincseket biztosítanak a másodlagos optikához. A telepítés nagyon egyszerű. A radiátorra egy LED-et szerelnek fel, majd egy panelt rögzítenek hozzá, amelyet önmetsző csavarokkal rögzítenek az alapra.

Következtetés

A kiváló minőségű LED-ek hűtőradiátora a készülék tartósságának kulcsa lett. Ezért az eszköz kiválasztásakor rendkívül óvatosnak kell lennie. Jobb, ha gyári hőcserélőket használnak. Rádiókészülék boltokban kaphatók. A készülékek költsége magas, de a LED felszerelése egyszerű rájuk, a védelem pedig kiváló minőségű és megbízható.

A LED-ek becsült élettartama több tízezer óra. Ahhoz, hogy ilyen magas értéket érjünk el az optikai teljesítmény csökkenése nélkül, a nagy teljesítményű LED-eket hűtőbordával együtt kell használni. Ez a cikk lehetővé teszi az olvasó számára, hogy választ találjon a radiátor kiszámításával és kiválasztásával, azok módosításaival és a hőleadást befolyásoló tényezőkkel kapcsolatos kérdésekre.

És miért van rá szükség?

Más félvezető eszközökkel együtt a LED nem ideális elem 100%-os teljesítmény együtthatóval (COP). Az általa fogyasztott energia nagy része hővé válik. A hatásfok pontos értéke az emittáló dióda típusától és gyártási technológiájától függ. Az alacsony áramerősségű LED-ek hatásfoka 10-15%, a modern, 1 W-nál nagyobb teljesítményű fehér LED-eknél értéke eléri a 30%-ot, ami azt jelenti, hogy a maradék 70%-ot hőben költik el.

Bármi is legyen a LED, a stabil és hosszú távú működéshez állandó hőenergia-elvonásra van szüksége a kristályból, vagyis egy radiátorból. Kisáramú ledben a kimenetek (anód és katód) sugárzó funkciót töltenek be. Például az SMD 2835-ben az anódvezeték az elem aljának majdnem felét foglalja el. A nagy teljesítményű LED-eknél a disszipált teljesítmény abszolút értéke több nagyságrenddel nagyobb. Ezért nem működhetnek normálisan kiegészítő hűtőborda nélkül. A fénykibocsátó kristály állandó túlmelegedése jelentősen csökkenti a félvezető eszköz élettartamát, hozzájárul a fényerő egyenletes elvesztéséhez az üzemi hullámhossz eltolódásával.

Fajták

Szerkezetileg minden radiátor három nagy csoportra osztható: lamellás, rúd és bordás. Az alap minden esetben lehet kör, négyzet vagy téglalap alakú. Az alap vastagsága alapvető fontosságú a választás során, mivel ez a terület felelős a hő fogadásáért és egyenletes elosztásáért a radiátor teljes felületén.

A radiátor alaktényezőjét a jövőbeni működési mód befolyásolja:

• természetes szellőzéssel;
• kényszerszellőztetéssel.

A ventilátor nélkül használható LED-es hűtőbordának legalább 4 mm-es bordákkal kell rendelkeznie. Ellenkező esetben a természetes konvekció nem lesz elegendő a hő sikeres eltávolításához. Feltűnő példa a számítógépes processzorok hűtőrendszerei, ahol az erős ventilátor miatt a bordák közötti távolság 1 mm-re csökken.

A LED-es lámpatestek tervezésénél nagy figyelmet fordítanak a megjelenésükre, ami óriási hatással van a hűtőborda formájára. Például a LED-lámpa hőelvezető rendszere nem haladhatja meg a szabványos körte formát. Ez a tény arra kényszeríti a fejlesztőket, hogy különféle trükkökhöz folyamodjanak: használjon alumínium alappal ellátott nyomtatott áramköri kártyákat, és forró ragasztóval csatlakoztassa a hűtőborda házához.

Anyagok radiátorok gyártásához

Jelenleg a nagy teljesítményű LED-ek hűtése elsősorban alumínium radiátorokon történik. Ez a választás ennek a fémnek a könnyűségének, alacsony költségének, a feldolgozási rugalmasságnak és a jó hővezető tulajdonságainak köszönhető. A réz hűtőborda felszerelése LED-hez olyan lámpatestben indokolt, ahol a méret a legfontosabb, mivel a réz kétszer jobban elvezeti a hőt, mint az alumínium. A nagy teljesítményű LED-ek hűtésére leggyakrabban használt anyagok tulajdonságait részletesebben megvizsgáljuk.

Alumínium

Az alumínium hővezetési együtthatója 202–236 W/m*K és az ötvözet tisztaságától függ. E mutató szerint 2,5-szer jobb, mint a vas és a sárgaréz. Ezenkívül az alumínium különféle típusú mechanikai feldolgozásra alkalmas. A hőelvezetési tulajdonságok növelése érdekében az alumínium radiátor eloxált (fekete bevonatú).

Réz

A réz hővezető képessége 401 W / m * K, más fémek között csak az ezüst után. Ennek ellenére a réz radiátorok sokkal kevésbé elterjedtek, mint az alumínium radiátorok, számos hátrányuk miatt:

• a réz magas költsége;
• komplex megmunkálás;
• nagy tömeg.

A réz hűtőszerkezet alkalmazása a lámpa költségének növekedéséhez vezet, ami elfogadhatatlan egy erős versenykörnyezetben.

Kerámiai

Az alumínium-nitrid kerámiák, amelyek hővezető képessége 170-230 W/m*K, új megoldást jelentenek a nagy hatékonyságú hűtőbordák létrehozásában. Ezt az anyagot alacsony érdesség és magas dielektromos tulajdonságok jellemzik.

Hőre lágyuló műanyag felhasználásával

Annak ellenére, hogy a hővezető műanyagok (3-40 W / m * K) tulajdonságai rosszabbak, mint az alumíniumé, fő előnyük az alacsony költség és a könnyűség. A LED-lámpák sok gyártója hőre lágyuló műanyagot használ a test elkészítéséhez. A hőre lágyuló műanyagok azonban felülmúlják a fém hűtőbordákat a 10 W feletti LED-lámpatestek tervezésében.

A nagy teljesítményű LED-ek hűtési jellemzői

Mint korábban említettük, passzív vagy aktív hűtéssel lehet hatékony hőelvezetést biztosítani a LED-ről. Alumínium (réz) radiátorokra célszerű akár 10 W-os fogyasztású LED-eket felszerelni, mivel ezek súly- és méretjelzői elfogadható értékekkel rendelkeznek.

A passzív hűtés alkalmazása 50 W-os vagy nagyobb teljesítményű LED-tömböknél nehézkessé válik; a radiátor mérete több tíz centiméter, a súlya pedig 200-500 grammra nő. Ebben az esetben érdemes egy kompakt hűtőbordát és egy kis ventilátort használni. Ez a tandem csökkenti a hűtőrendszer súlyát és méretét, de további nehézségeket okoz. A ventilátort megfelelő tápfeszültséggel kell ellátni, és gondoskodni kell a LED lámpa védőlekapcsolásáról is, ha a hűtő meghibásodik.

Van egy másik módja a nagy teljesítményű LED-mátrixok hűtésének. Ez egy kész SynJet modul használatából áll, amely úgy néz ki, mint egy közepes teljesítményű videokártya hűtője. A SynJet modul nagy teljesítményű, 2°C/W-nál kisebb hőállósággal és akár 150 g tömeggel rendelkezik.A pontos méretek és tömeg modellenként változhat. A hátrányok közé tartozik az áramforrás szükségessége és a magas költségek. Ennek eredményeként kiderül, hogy egy 50 W-os LED-mátrixot vagy egy terjedelmes, de olcsó hűtőbordára kell felszerelni, vagy egy ventilátorral, tápellátással és védelmi rendszerrel ellátott kis hűtőbordára.

Bármilyen is legyen a hűtőborda, jó, de nem a legjobb hőkontaktust képes biztosítani a LED hordozóval. A hőellenállás csökkentése érdekében az érintkezési felületre hővezető pasztát visznek fel. Hatásának hatékonyságát a számítógépes processzorok hűtőrendszereiben való széles körű alkalmazása bizonyítja. A kiváló minőségű hőpaszta ellenáll a keményedésnek és alacsony viszkozitású. Radiátorra (aljzatra) felhordva elegendő egy vékony, egyenletes réteg a teljes érintkezési területen. Préselés és rögzítés után a rétegvastagság kb. 0,1 mm lesz.

Radiátorfelület számítás

Két módszer létezik a LED hűtőbordájának kiszámítására:

• tervezés, amelynek lényege a szerkezet geometriai méreteinek meghatározása adott hőmérsékleti viszonyok között;
• ellenőrzés, amely fordított sorrendben történő cselekvést jelent, vagyis a radiátor ismert paramétereivel kiszámíthatja, hogy mennyi hőt képes hatékonyan elvezetni.

Az egyik vagy másik lehetőség használata a rendelkezésre álló kezdeti adatoktól függ. Mindenesetre a pontos számítás összetett matematikai probléma, sok paraméterrel. A referencia irodalom felhasználásán, a szükséges adatok grafikonokból történő átvételén és a megfelelő képletekben történő helyettesítésén túl figyelembe kell venni a radiátor rudak vagy bordák konfigurációját, tájolását, valamint a külső hatásokat. tényezőket. Érdemes figyelembe venni maguknak a LED-eknek a minőségét is. A kínai gyártmányú LED-ekben gyakran a valós jellemzők eltérnek a bejelentett jellemzőktől.

Pontos számítás

Mielőtt a képletekre és számításokra térne át, meg kell ismerkednie a hőenergia elosztásának alapvető fogalmaival. A hővezető képesség az a folyamat, amely során a hőenergiát egy jobban felmelegített fizikai testről egy kevésbé fűtöttre továbbítják. Kvantitatív értelemben a hővezető képességet olyan együtthatóval fejezzük ki, amely megmutatja, hogy egy anyag mennyi hőt képes átadni egységnyi területen, ha a hőmérséklet 1°K-kal változik. A LED-lámpákban az energiacserében részt vevő összes alkatrésznek magas hővezető képességgel kell rendelkeznie. Ez különösen vonatkozik az energia átvitelére a kristályból a házba, majd a hűtőbordába és a levegőbe.

A konvekció is egy hőátadási folyamat, amely a folyadékok és gázok molekuláinak mozgása miatt következik be. A LED-lámpák esetében szokás figyelembe venni a radiátor és a levegő közötti energiacserét. Ez lehet természetes konvekció, amely a légáramlás természetes mozgása miatt következik be, vagy kényszerített, ventilátor beépítésével szervezett.

A cikk elején jelezték, hogy a LED által fogyasztott energia mintegy 70%-a hőben megy el. A LED-ek hűtőbordájának kiszámításához ismernie kell a disszipált energia pontos mennyiségét. Ehhez a következő képletet használjuk:

P T \u003d k * U PR * I PR, ahol:

P T - hő formájában felszabaduló teljesítmény, W;
k egy olyan együttható, amely figyelembe veszi a hővé alakított energia százalékos arányát. A nagy teljesítményű LED-ek esetében ez az érték 0,7-0,8;
U PR - közvetlen feszültségesés a LED-en, amikor a névleges áram folyik, V;
I PR - névleges áram, A.

Ideje megszámolni a kristályból a levegőbe tartó hőáramlás útján elhelyezkedő akadályok számát. Minden akadály egy hőellenállást (termális ellenállást) képvisel, amelyet a szimbólum (Rθ, fok / W) jelöl. Az egyértelműség kedvéért a teljes hűtőrendszer egyenértékű áramkörként van ábrázolva a hőellenállások soros-párhuzamos összekapcsolásából.

Rθ ja = Rθ jc + Rθ cs + Rθ sa , ahol:

Rθ jc - hőellenállás p-n-csatlakozó-tok (csatlakozó-tok);
Rθ cs a ház-felület radiátor hőellenállása;
Rθ sa a radiátor-levegő (felületi radiátor-levegő) hőellenállása.

Ha a LED-et nyomtatott áramköri lapra kívánja felszerelni, vagy hőpasztát kíván használni, akkor figyelembe kell vennie a hőellenállásukat is. A gyakorlatban az Rθsa értéke kétféleképpen határozható meg.

Rθ ja – p-n átmenet-levegő ellenállás;
T j - a p-n átmenet maximális hőmérséklete (referenciaparaméter), °C;
Ta a levegő hőmérséklete a radiátor közelében, °C.

Rθ sa = Rθ ja -Rθ jc -Rθ cs, ahol Rθ jc és Rθ cs referenciaparaméterek.

Keresse meg a grafikonon "a maximális hőellenállás függését az egyenáramtól".

Az ismert Rθ sa szerint szabványos radiátort választunk. Ebben az esetben a hőellenállás útlevélértékének valamivel kisebbnek kell lennie, mint a számított érték.

Hozzávetőleges képlet

Sok rádióamatőr hozzászokott, hogy a régi elektronikai berendezésekből visszamaradt radiátorokat használja házi készítésű termékeiben. Ugyanakkor nem akarnak bonyolult számításokba belemenni, és drága importújdonságokat vásárolni. Általában csak egy kérdés érdekli őket: "Mekkora teljesítményt tud elvezetni a LED-ekhez rendelkezésre álló alumínium hűtőborda?"

Javasoljuk egy egyszerű empirikus képlet használatát, amely lehetővé teszi egy elfogadható számítási eredmény elérését: Rθ sa \u003d 50 / √S, ahol S a radiátor felülete cm 2 -ben.

Ebben a képletben behelyettesítve a teljes hűtőborda terület ismert értékét, figyelembe véve a bordák (rudak) és az oldallapok felületét, megkapjuk annak hőellenállását.

A megengedett disszipációs teljesítményt a következő képletből kapjuk: P t \u003d (T j -T a) / Rθ ja.

A fenti számítás nem vesz figyelembe sok olyan árnyalatot, amely befolyásolja a teljes hűtőrendszer minőségét (radiátor orientációja, a LED hőmérsékleti jellemzői stb.). Ezért ajánlatos a kapott eredményt megszorozni a biztonsági tényezővel - 0,7.

Csináld magad LED radiátor

Nem nehéz saját kezűleg alumínium radiátort készíteni 1, 3 vagy 10 W-os LED-ekhez. Először vegye figyelembe az egyszerű kialakítást, amelynek gyártása körülbelül fél órát vesz igénybe, és egy 1-3 mm vastag kerek lemezt. Körben 5 mm-enként vágásokat készítenek a közepén, és a kapott szektorokat kissé meghajlítják, hogy a kész szerkezet járókerékhez hasonlítson. A radiátor testhez való rögzítéséhez több szektorban lyukakat készítenek. Egy 10 wattos LED-hez kicsit nehezebb házi hűtőbordát készíteni. Ehhez 1 méter 20 mm széles és 2 mm vastag alumínium szalagra van szükség. Először a szalagot fémfűrésszel 8 egyenlő részre fűrészeljük, majd egymásra rakjuk, átfúrjuk, majd csavarral és anyával meghúzzuk. Az egyik oldalfelület köszörült a LED-mátrix felszereléséhez. Véső segítségével a csíkok különböző irányokba hajtódnak ki. A LED-modul rögzítési pontjain lyukak vannak fúrva. A polírozott felületre forró olvadékragasztót visznek fel, tetejére mátrixot alkalmaznak, önmetsző csavarokkal rögzítve.

Olcsó hűtőbordák amatőr kézműves foglalkozásokhoz

Különösen azoknak a rádióamatőröknek, akik szeretnek különféle anyagokkal kísérletezni a hőelvezetéshez, és ugyanakkor nem akarnak pénzt költeni drága késztermékekre, néhány ajánlást adunk a radiátorok saját kezű megkeresésére és elkészítésére. LED szalagok és vonalzók hűtésére tökéletes az alumínium bútorprofil. Ezek útmutatók lehetnek a gardróbszekrényekhez vagy a konyhai szerelvényekhez, amelyek maradványai költséggel megvásárolhatók egy bútorboltban.

A 3-10 W-os LED-mátrixok hűtésére a szovjet magnók és erősítők radiátorai alkalmasak, amelyek több mint elegendőek az egyes városok rádiópiacain. Használhat régi irodai berendezésekből származó alkatrészeket is.

Egy hibás láncfűrészből, fűnyíróból radiátorból készíthető házi hűtés 50 W-os LED-hez, több részre fűrészelve. Az ilyen alkatrészeket a javítóműhelyekben ócskavas áron vásárolhatja meg. Természetesen ebben az esetben el lehet felejteni a LED-es lámpa esztétikai tulajdonságait.

Olvassa el is