Радиатор для светодиодов diy. Алюминиевые приспособления

Радиатор для светодиодов diy. Алюминиевые приспособления

Радиатор для светодиодов, пользующийся наибольшей популярностью, выполнен из алюминия. Главным минусом прибора является то, что он состоит из ряда слоев. Это неизбежно вызывает переходные тепловые сопротивления, преодоление которых возможно посредством дополнительных теплопроводных материалов: веществ на клею, изоляционных пластин, материалов для заполнения воздушных промежутков.

Алюминиевый радиатор для светодиодов используется чаще других. Он подвержен прессовке и прекрасно справляется с отводом тепла.

Для активного уровня охлаждения, как правило, требуется плоский лист из алюминия, размер которого не больше, чем размер светильника. Лист обдувается вентилятором.

Подходящей температурой для функционирования светодиода считается показатель 65 °С. Однако чем ниже температура, тем выше уровень КПД устройства и больше его ресурс. Оптимальной температурой поверхности радиатора считается показатель 45 °С, но не выше. Для диода мощностью 1 W надо произвести установку на радиатор из алюминия. Площадь радиатора составляет 30-35 см2. Радиатор светодиода 3 W потребует увеличения площади вдвое и будет составлять 60-70 см2.

В качестве радиатора лучше всего подходит устройство из алюминия как наиболее легкое и относительно недорогое. При расчете прибора для светодиодных матриц берется пропорция 35 см на 1 W.

Для систем охлаждения активного характера площадь радиатора может быть меньше в 10 раз. На светодиод 1 W хватает 3-3,5 см2.

Для примера рассмотрим радиатор «звезда» для светодиодов. Устройство используется для отведения тепла от светодиода и представляет собой небольшой радиатор. Его основу составляет пластина из композитного материала — использован алюминий, отводящий тепло от светодиода, и фольга из меди с контактными площадками. Радиатор монтируют на светодиоды с высоким показателем мощности (1-3 Вт).

Радиатор для светодиода 50w. Расчет радиатора для светодиода

Для мощных светодиодов обязательно требуется теплоотвод, поскольку величина рассеиваемой мощности в них на порядок больше, чем в обычных, таких как SMD 2538, SMD 5630 и SMD5730 и пр. Причина и в том, что перегрев сокращает срок службы диода. В результате он плавно теряет свою яркость.

Для охлаждения традиционно используют радиаторы . Холодные частицы воздуха нагреваются от его нагретой поверхности и устремляются вверх. На их место приходят новые холодные массы, и цикл повторяется.

Существует два способа охлаждения светодиода:

• Пассивное. Это и есть охлаждение с помощью радиатора. Его главным преимуществом считается отсутствие шума и минимум требований к обслуживанию.
• Активное. Отличается от предыдущего вида улучшенным отводом тепла за счет применения внешней силы. Простейший вариант активного охлаждения – сочетание радиатора с кулером. В сравнении с пассивной системой оно более компактное, но при этом кулер может издавать шум.

Какой радиатор нужен для светодиода

У материала, из которого изготовлен радиатор, должна быть теплопроводность не менее 5-10 Вт. При меньшем значении прибор не сможет эффективно отводить все тепло, поскольку окружающий воздух может принять не более 5-10 Вт с единицы поверхности. При этом значение теплопроводности выше 10 Вт нерационально, поскольку эффективность радиатора от этого не увеличится.

Радиаторы различаются по материалу изготовления. Существуют разные модели:

• Алюминиевые. Наиболее распространенные, хорошо справляются с отводом тепла. Минусом считают многослойность конструкции, из-за чего в конструкцию приходится добавлять дополнительные токопроводящие материалы.
• Медные. Теплопроводность меди больше, чем алюминия, но она уступает ему по легкости и технологичности (медь – менее податливый материал).
• Керамические. Представляют собой подложки с токоведущими трассами, к которым припаивают светодиоды. В сравнении с металлическими отводят примерно в 2 раза больше тепла.

В конструктивном плане существует три типа радиаторов для светодиодов:

• Пластинчатый. Представляет собой комплекс пластин, соединенных несколькими трубками.

• Ребристый. Используется для принудительного (активного) охлаждения светодиодов.

• Штыревой (игольчатый, стержневой). Применяется в основном для естественного охлаждения светодиодов. Считается, что при равных размерах пассивный игольчатый радиатор на 70% эффективнее ребристого.

Радиатор любой конструкции может иметь квадратную, круглую или прямоугольную форму. Конкретный вид выбирают в зависимости от потребностей в мощности системы охлаждения.

Как рассчитать радиатор для светодиода

Расчет радиатора для светодиода осуществляется не по площади поверхности, а по полезной площади рассеивания. Чем она больше, тем интенсивнее устройство будет передавать тепло воздуху. Еще необходимо учитывать подводимую мощность. Если светодиод будет использоваться на полную мощность, то и в охлаждении он будет нуждаться сильнее. Не менее важно учитывать, где устройство будет расположено: на улице или в помещении.

Методика профессионального расчета учитывает несколько важных факторов:

• показатели окружающего воздуха;
• модификация радиатора;
• материал теплоотводчика;
• площадь рассеивания.

Но такие характеристики учитываются обычно проектировщиками, которые разрабатывают теплоотвод. В бытовых условиях можно воспользоваться более простой формулой. Она предполагает вычисление максимальной рассеиваемой мощности теплообменника.

Ф = а · S · (Т1 – Т2),

где Ф – величина теплового потока, S – площадь поверхности радиатора (всех теплоотводящих поверхностей), Т1 и Т2 – температура среды, отводящей тепло, и температура нагретой поверхности соответственно, а – коэффициент теплоотдачи (условно принимается 6-8 Вт/м²·К).

При расчете площади поверхности теплоотводчика нужно учитывать следующее:

• У пластинчатых и ребристых радиаторов есть 2 поверхности для отвода тепла, поэтому в формуле это будет не S, а 2S.
• У игольчатых радиаторов площадь поверхности теплоотвода определяется как длина окружности (π · D), которую умножили на высоту (H).

Есть более простая формула расчета площади радиатора для светодиода, которая популярна среди пользователей интернета как экспериментальная. Она применима для алюминиевых радиаторов и выглядит следующим образом:

S_ох= (22 – (М · 1,5) · W,

где S_ох– площадь охладителя, М – не задействованная мощность светодиода (Вт), W – подведенная мощность (Вт). Получаемой по формуле площади достаточно для естественного охлаждения светодиода без применения кулера. Применяя формулу для расчета медного радиатора, площадь необходимо уменьшить в 2 раза.

Можно не производить расчет радиатора охлаждения светодиода, а воспользоваться усредненными данными, которые отражают зависимость площади от мощности. Для алюминиевых радиаторов актуальны следующие значения:

• 1 Вт – 10-15 см²;
• 3 Вт – 30-50 см²;
• 10 Вт – 1000 см²;
• 60 Вт – 7000-7300 см².

Указанная площадь радиатора светодиода имеет достаточно большой разброс, поэтому данные считаются приблизительными, что нужно учитывать при выборе подходящего устройства.

Рассказать друзьям!

Радиатор для светодиода своими руками. Термоклей для светодиодов – алюминиевый радиатор своими руками

Устройство и принципы функционирования радиатора для светодиодов. Правила выбора материала и площади детали. Делаем радиатор своими руками легко и быстро.

Распространенное мнение, что светодиоды не нагреваются – заблуждение. Возникло оно потому, что маломощные светодиоды на ощупь не горячие. Все дело в то, что они оснащены отводчиками тепла – радиаторами.

Принцип действия теплоотвода

Главным потребителем тепла, выделяемого светодиодом, является окружающий воздух. Его холодные частицы подходят к нагретой поверхности теплообменника (радиатора), нагреваются и устремляются вверх, освобождая место новым холодным массам.

При столкновении с другими молекулами происходит распределение (рассеивание) тепла. Чем больше площадь поверхности радиатора, тем интенсивнее он передаст тепло от светодиода воздуху.

Подробнее о принципах работы светодиодов читайте.

Количество поглощенного воздушной массой тепла с единицы площади не зависит от материала радиатора: эффективность естественного «теплового насоса» ограничено его физическими свойствами.

Материалы для изготовления

Радиаторы для охлаждения светодиодов различаются по конструкции и материалу.

Окружающий воздух может принять не более 5-10 Вт с единичной поверхности. При выборе материала для изготовления радиатора следует принять во внимание выполнение следующего условия: теплопроводность его должна быть не менее 5-10 Вт. Материалы с меньшим параметром не смогут обеспечить передачу всего тепла, которое может принять воздух.

Теплопроводность выше 10 Вт будет технически избыточной, что повлечет за собой неоправданные финансовые затраты без увеличения эффективности радиатора.

Для изготовления радиаторов традиционно используют алюминий, медь или керамику. В последнее время появились изделия, выполненные из теплорассеивающих пластмасс.

Рекомендуем Вам также более подробно прочитать про.

Алюминиевые

Основным недостатком алюминиевого радиатора является многослойность конструкции. Это неизбежно приводит к возникновению переходных тепловых сопротивлений, преодолевать которые приходится с помощью применения дополнительных теплопроводящих материалов:

• клейких веществ;
• изолирующих пластин;
• материалов, заполняющих воздушные промежутки и пр.

Алюминиевые радиаторы встречаются чаще всего: они хорошо прессуются и вполне сносно справляется с отводом тепла.

Алюминиевые радиаторы для светодиодов 1 вт

Медные

Медь обладает большей теплопроводностью, чем алюминий, поэтому в некоторых случаях ее использование для изготовления радиаторов оправдано. В целом же данный материал уступает алюминию в плане легкости конструкции и технологичности (медь – менее податливый металл).

Изготовление медного радиатора методом прессования – наиболее экономичным – невозможно. А обработка резанием дает большой процент отходов дорогостоящего материала.

Медные радиаторы

Керамические

Одним из наиболее удачных вариантов теплоотводчика является керамическая подложка, на которую предварительно наносятся токоведущие трассы. Непосредственно к ним и подпаиваются светодиоды. Такая конструкция позволяет отвести в два раза больше тепла по сравнению с металлическими радиаторами.

Лампочка с керамическим радиатором

Пластмассы теплорассеивающие

Все чаще появляется информация о перспективах замены металла и керамики на терморассеивающую пластмассу. Интерес к этому материалу понятен: стоит пластмасса намного дешевле алюминия, а ее технологичность намного выше. Однако теплопроводность обычной пластмассы не превышает 0,1-0,2 Вт/м.К. Добиться приемлемой теплопроводности пластмассы удается за счет применения различных наполнителей.

При замене алюминиевого радиатора на пластмассовый (равной величины) температура в зоне подвода температур возрастает всего на 4-5%. Учитывая, что теплопроводность теплорассеивающей пластмассы намного меньше алюминия (8 Вт/м.К против 220-180 Вт/м.К), можно сделать вывод: пластический материал вполне конкурентоспособен.

Лампочка с радиатором из термопластика

Конструктивные особенности

Конструктивные радиаторы делятся на две группы:

• игольчатые;
• ребристые.

Первый тип, в основном, применяется для естественного охлаждения светодиодов, второй – для принудительного. При равных габаритных размерах пассивный игольчатый радиатор на 70 процентов эффективнее ребристого.

Радиаторы игольчатого типа для мощных и смд светодиодов

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

LED-лампа с ребристым радиатором

Обратите внимание на расстояние между пластинами (или иглами): если оно составляет 4 мм – изделие предназначено для естественного отвода тепла, если зазор между элементами радиатора всего 2 мм – его необходимо комплектовать вентилятором.

Оба типа радиаторов в поперечном сечении могут быть квадратными, прямоугольными или круглыми.

Рекомендуем Вам также ознакомиться с электромагнитным устройством –.

Источник: https://alyuminievye-radiatory.aystroika.info/stati/radiatory-dlya-svetodiodov-materialy-dlya-izgotovleniya

Расчет радиатора для светодиода. Температурные зависимости

С ростом температуры кристалла светодиода вместе со снижением светового потока снижается прямое напряжение и, как следствие, потребляемая мощность. Падение мощности частично компенсирует снижение светового потока, и эффективность с температурой падает медленно — это необходимо учитывать.

Пример 1

График зависимости эффективности от температуры светодиодов, выпущенных более трех лет назад ,LXM8-PW27 и LXM8-PW30, приведенный в документации Philips Lumileds DS63 (рис. 1). Эффективность до +25…+50 °С растет и до температуры +75 °С значимо не снижается.

Рис. 1. График зависимости эффективности светодиода от температуры кристалла из технической документации Philips Lumileds DS63

Пример 2

В технической документации на светодиод Osram OSLON Square (LCW_CQAR.PC) приведены подробные графики зависимости прямого напряжения и светового потока от температуры. Если перемножить значения с этих двух графиков, получится зависимость относительной эффективности от температуры (рис. 2). Эффективность практически не снижается вплоть до температуры кристалла +85 °С.

Рис. 2. Зависимость относительной эффективности светодиода Osram OSLON Square (LCW_CQAR.PC) от температуры кристалла

Пример 3

Cree в технической документации на светодиоды приводит графики зависимости светового потока от температуры, аппроксимируя сложные зависимости линейными, и приводит средний коэффициент температурной зависимости напряжения. Это не позволяет определить температуру, до которой эффективность не снижается, но позволяет оценить «в среднем», насколько снизится эффективность при повышении температуры. С ростом температуры кристалла на 10 °С световой поток различных светодиодов Cree снижается на 2–2,5%, прямое напряжение — на 20–30 мВ, потребляемая мощность — на 0,7–1,0%, эффективность — на 1,0–1,5%.

Для дальнейших оценок будем использовать средние значения этих диапазонов: при росте температуры на 10 °С снижение светового потока на 2,25%, прямого напряжения — на 25 мВ, потребляемой мощности — на 0,85%, эффективности — на 1,25%.

Источник: https://alyuminievye-radiatory.aystroika.info/novosti/raschet-i-izgotovlenie-radiatora-dlya-svetodiodov-kakoy-radiator-nuzhen-dlya-svetodioda

Радиатор для светодиода 50w своими руками. КАКОЙ РАДИАТОР НУЖЕН ДЛЯ СВЕТОДИОДА

У материала, из которого изготовлен радиатор, должна быть теплопроводность не менее 5-10 Вт. При меньшем значении прибор не сможет эффективно отводить все тепло, поскольку окружающий воздух может принять не более 5-10 Вт с единицы поверхности. При этом значение теплопроводности выше 10 Вт нерационально, поскольку эффективность радиатора от этого не увеличится.

Радиаторы различаются по материалу изготовления. Существуют разные модели:

• Алюминиевые. Наиболее распространенные, хорошо справляются с отводом тепла. Минусом считают многослойность конструкции, из-за чего в конструкцию приходится добавлять дополнительные токопроводящие материалы.
• Медные. Теплопроводность меди больше, чем алюминия, но она уступает ему по легкости и технологичности (медь – менее податливый материал).
• Керамические. Представляют собой подложки с токоведущими трассами, к которым припаивают светодиоды. В сравнении с металлическими отводят примерно в 2 раза больше тепла.

В конструктивном плане существует три типа радиаторов для светодиодов:

• Пластинчатый. Представляет собой комплекс пластин, соединенных несколькими трубками.

• Ребристый. Используется для принудительного (активного) охлаждения светодиодов.

• Штыревой (игольчатый, стержневой). Применяется в основном для естественного охлаждения светодиодов. Считается, что при равных размерах пассивный игольчатый радиатор на 70% эффективнее ребристого.

Радиатор любой конструкции может иметь квадратную, круглую или прямоугольную форму. Конкретный вид выбирают в зависимости от потребностей в мощности системы охлаждения.

Светодиоды для фонариков. Главные характеристики

Светодиоды отвечают за качество света, которое излучает фонарь. Стабильность освещения зависит от множества характеристик, среди которых – ток потребления, поток света и цветовая температура. Среди законодателей моды стоит отметить фирму Cree, в ее ассортименте можно обнаружить очень яркие светодиоды для фонарей.

Современные карманные модели создаются на единственном светодиоде, мощность которого достигает 1, 2, либо 3 Вт. Указанные электрические характеристики – это свойства различных моделей светодиода от известных марок. Интенсивность световых лучей или световой поток – это показатель, который зависит от типа светодиода и компании-изготовителя. Фирма-производитель также указывает в характеристиках количество люмен.

Мощный ручной фонарик

Этот показатель напрямую соотносится с цветовой температурой света. Светоизлучающие диоды могут излучать световой поток, достигающий 200 люмен на 1 ватт, и производятся сегодня с разной температурой для свечения: тепло-желтоватый или холодно-белый.

В фонарях с теплым белым оттенком излучение является приятным для человеческого глаза, однако они светят менее ярко. Свет с нейтральной температурой цвета эффективным образом дает возможность рассмотреть наиболее маленькие элементы. Холодно-белое освещение обычно свойственно для моделей с огромной дальностью светового луча, однако при длительной работе может раздражать глаза.

Если температура достигает примерно 50 °C, то срок эксплуатации кристалла может быть до 200 000 часов, однако это не оправдывается с экономической точки зрения. По этой причине многие компании выпускают продукцию, которая способна выдержать рабочую температуру до 85 °C, при этом удается сэкономить на охлаждении. Из-за превышения отметки в 150 °C техника может вовсе выйти из строя.

Индекс цветопередачи является качественным показателем, который характеризует свойство светодиода освещать пространство, при этом нет искажения настоящего оттенка. Светодиоды для фонариков с характеристикой источника цветопередачи в 75 CRI и более – это хороший вариант. Важный элемент светодиода – это линза, благодаря которой задается угол рассеивания световых потоков, то есть определяется дальность свечения луча.

В любой технической характеристике светодиода непременно отмечается угол излучения. Для любой из моделей данная характеристика считается индивидуальной и обычно варьируется в диапазоне от 20 до 240 градусов. У мощных светодиодов для фонарей угол достигает примерно 120 °C, и в основном в комплектацию входит отражатель и дополнительная линза.

Типы светодиодных фонарей

Хотя на сегодняшний день можно наблюдать сильный скачок в производстве мощных светодиодов, состоящих из множества кристаллов, мировые марки все еще выпускают светодиоды с меньшей мощностью. Производятся они в небольшом корпусе, который не превышает 10 мм в ширину. При сравнительном анализе можно заметить, что один такой мощный кристалл имеет менее надежную схему и угол рассеивания, чем одновременно пара подобных элементов в единственном корпусе.

Не лишним будет напомнить о четырехвыводных светодиодах «SuperFlux», так называемой «пиранье».  У этих светодиодов для фонариков улучшенные технические характеристики. Светодиод «пиранья» обладает следующими основными преимуществами:

1. равномерным образом распределяется поток света;
2. не нужно отводить тепло;
3. более низкая цена.

Подложка для светодиодов своими руками. Теплопроводящие подложки для мощных светодиодов

Здравствуйте - Коллеги, Друзья!
Сегодня, мы с нашей группой разработчиков представляем Вашему вниманию, еще одну тему, которой мы занимаемся, как нам кажется - животрепещущую и актуальную у многих.
Тема - Теплопроводящие подложки (кристаллодержатели) для мощных светодиодов
Не для кого не секрет, что в мощных светодиодах стоит проблема с отводом тепла, а из этого следует:
- нагрев люминофора, а из-за этого идет ухудшение CRI;
- падает конверсионная эффективность люминофора.
Если считать Конверсионную Эффективность при 50 градусах Цельсия за 100%, то уже при 90 градусах, эффективность падает до 90…80%, при 100 градусах - это 70…60%, при 150 градусах - это 50…30%, при 200 градусах - это 10…0%! Таким образом - излучение светодиода "уходит" в синюю область. Данный эффект известен, как ThermalQuenchingofluminescence.
Так же отметим факт того, что - Силиконовые (Органические) наполнители начинают ускоренными темпами разлагаться при температуре выше 90 градусов. Помимо этого - все знают и о том, что, при повышении температуры - Значительно ускоряется процесс деградации Светодиодных кристаллов.
В связи с малыми размерами металлической части корпуса светодиода и малыми же коэффициентами теплопередачи ныне существующих прокладок, паст, тепло просто не успевает (тепловой затвор) уходить на радиатор охлаждения.
Понятное дело, что при повышении съема тепла - улучшаются условия работы светодиода, повышается срок его службы, появляется возможность увеличить световой поток за счет увеличения тока через светодиод (прописные вещи собственно).
Крепление же светодиода на подложке с более высоким коэффициентом теплопроводности (теплорастекатель) - позволяет повысить съем тепла. за счет большей поверхности с радиатором.
Свойства теплопроводных материалов - смотри изображение
Как видно из таблицы, - максимальные значения материалов удовлетворяющим условиям использования в качестве теплопроводящих подложек, это нитрид алюминия (AlN),как изолирующего материала или металлокомпозита алмаз-медь МКАМ имеющего наивысшую теплопроводность и регулируемый ТКЛР, необходимый для согласования ТКЛР кристалла и ТКЛР подложки.
Металлизация медью нитрида AlN дает возможность монтировать кристаллы светодиода непосредственно на подложке, обеспечивая съем тепла в пределах его теплопроводности.
МКАМ с требуемыми размерами и параметрами и покрытый серебром или золотом может решить проблемы теплоотвода мощных светодиодов.