А зачем он нужен?
Наравне с другими полупроводниковыми приборами светодиод не является идеальным элементом со 100% коэффициентом полезного действия (КПД). Большая часть потребляемой им энергии рассеивается в тепло. Точное значение КПД зависит от типа излучающего диода и технологии его изготовления. Эффективность слаботочных светодиодов составляет 10-15%, а у современных белых мощностью более 1 Вт её значение достигает 30%, а значит, остальные 70% расходуются в тепло.
Каким бы ни был светодиод, для стабильной и продолжительной работы ему необходим постоянный отвод тепловой энергии от кристалла, то есть радиатор. В слаботочных led функцию радиатора выполняют выводы (анод и катод). Например, в SMD 2835 вывод анода занимает почти половину нижней части элемента. В мощных светодиодах абсолютная величина рассеиваемой мощности на несколько порядков больше. Поэтому нормально функционировать без дополнительного теплоотвода они не могут. Постоянный перегрев светоизлучающего кристалла в разы снижает срок службы полупроводникового прибора, способствует плавной потере яркости со смещением рабочей длины волны.
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 этот участок несёт ответственность за приём и равномерное распределение тепла по всей поверхности радиатора.
На форм-фактор радиатора оказывает влияние будущий режим работы:
- с естественной вентиляцией;
- с принудительной вентиляцией.
Радиатор охлаждения для светодиодов, который будет использоваться без вентилятора, должен иметь расстояние между рёбрами не менее 4 мм. В противном случае естественной конвекции не хватит для успешного отвода тепла. Ярким примером служат системы охлаждения компьютерных процессоров, где за счёт мощного вентилятора расстояние между рёбрами уменьшено до 1 мм.
При проектировании светодиодных светильников большое значение уделяется их внешнему виду, что оказывает огромное влияние на форму теплоотвода. Например, система отвода тепловой энергии светодиодной лампы не должна выходить за рамки стандартной грушевидной формы. Этот факт вынуждает разработчиков прибегать к различным ухищрениям: использовать печатные платы с алюминиевой основой, соединяя их с корпусом-радиатором при помощьи термоклея.
Расчёт радиаторов охлаждения для светодиодов
В данной статье публикую калькуляторы для расчёта радиаторов охлаждения мощных светодиодов.
Как известно, любая поверхность излучает подведённое к ней тепло. Соответственно, нужно рассчитать общую поверхность пластины, которая будет отдавать тепло в окружающее пространство. На пластину радиатора через термопасту крепится мощный светодиод 1 Вт, 3 Вт и т.п.
Опытным путём установлено, что для эффективной работы мощного светодиода ему требуется от 20 до 30 см2 излучающей поверхности радиатора охлаждения на 1 Вт мощности светодиода. Задавая размеры и конфигурацию – можно быстро подобрать необходимые значения для проектируемого радиатора охлаждения.
Первый калькулятор позволяет вычислить поверхность плоской пластины, у которой есть дополнительные пропилы для повышения общей излучающей поверхности. Такие радиаторы часто использую в своих конструкциях светодиодных светильников.
Калькулятор 1
Расчёт плоского радиатора
A – Ширина, мм:B – Высота, мм:C – Толщина, мм:H – Высота пропила, мм:N – Кол-во пропилов, шт.:
2017-01-15 Mr.ALB
Второй калькулятор расчитывает обтянутую поверхность, которая задаётся конфигурацией пластины радиатора. Как-то читал одно интересное исследование, как раз применительно к мощным светодиодам, так там выходило, что дополнительные рёбра и поверхности объёмного радиатора особой эффективности не дают и в основном всё определяется обтянутой поверхностью, которая наиболее оптимально указывает необходимые размеры радиатора для хорошего отведения тепла от светодиода. Исходя из такой информации, имеет смысл делать правильные радиаторы экономя при этом и материалы, и время и деньги.
Скачать материал по исследованию:Антон Шаракшанэ. Поиск формы и размеров радиатора светодиодного светильника
, Полупроводниковая светотехника. 2012, №5
Оптимальным, то есть достаточным – является радиатор имеющий всего два ребра по краям пластины, на которую крепится светодиод. Тогда обтянутая поверхность – это поверхность охватывающая габаритные размеры такого радиатора.
Калькулятор 2
Расчёт обтянутой поверхности радиатора
A – Ширина, мм:B – Высота, мм:C – Глубина, мм:
2017-01-15 Mr.ALB
Необходимо учитывать толщину центральной части. Если светодиод мощный, к примеру, 3 Вт и более, то толщина центральной части радиатора должна быть достаточно толстой – не менее 4…5 мм.
Если есть возможность измерить температуру радиатора в месте крепления светодиода, то проведите измерение. Наилучшая эффективность работы светодиода тогда, когда температура радиатора не превышает +55°С. Используя такой исследовательский метод, можно оптимизировать радиатор, добиваясь минимальной поверхности, позволяющей эффективно охлаждать светодиод.
2017-01-15. Mr.ALB
Конструкция светодиода, варианты исполнения
Светодиод COB 10 W представляет собой компактный модуль, выполненный по технологии chip-on-board. Принципиальное отличие от SMD заключается в том, что несколько кристаллов вместе размещаются на плате и покрываются общим слоем люминофора. Это значительно снижает стоимость матрицы. Состоит она из 9 кристаллов: три параллельные цепочки по три последовательно подключенных кристалла в каждой. Внешне LED 10 W могут отличаться формой токопроводящей подложки. Например, светодиод фирмы Cree выглядит, как показано на рисунке. Подложка его имеет форму звезды и выполнена из алюминия.
Корпус модуля изготовлен из термостойкого пластика, а линза – из эпоксидной смолы. Классические LED 10 W выглядят так, как показано на схеме, но на практике габаритные размеры варьируются в зависимости от производителя.
Не забывайте, что светодиод является полярным элементом, поэтому обращайте внимание на маркировку при монтаже. Обязательным условием адекватного функционирования светодиода 10 Вт является наличие теплоотвода
Организовать его можно с помощью алюминиевого или медного радиатора
Смазывайте подложку светодиода термопроводящей пастой или термоклеем для лучшей теплоотдачи. Иногда дополнительно монтируется кулер, который обеспечивает циркуляцию воздуха для охлаждения радиаторных пластин
Организовать его можно с помощью алюминиевого или медного радиатора. Смазывайте подложку светодиода термопроводящей пастой или термоклеем для лучшей теплоотдачи. Иногда дополнительно монтируется кулер, который обеспечивает циркуляцию воздуха для охлаждения радиаторных пластин.
На видео вы можете увидеть испытание светодиода 10Вт и рекомендации при подключении такого элемента. Вот, как должна выглядеть схема подключения светодиода 10 Вт.
Источником питания может выступать автомобильный аккумулятор, компьютерный блок питания, или специально приобретенный 12-ти вольтовый источник. Для того чтобы избежать перегрева (несмотря на радиатор) и защиты светодиода, крайне необходимо подключать его не напрямую к источнику, а через любой стабилизатор напряжения. На схеме показан интегральный стабилизатор напряжения LM-317, но можно использовать и другой с подходящими параметрами. С помощью обычной кренки и резистора вы обеспечите себя гарантированными 12 В на выходе и ток не превысит 1 А, что является залогом долговечности работы вашего устройства.
Комплекс из резистора и стабилизатора называют драйвером светодиода.
Особенности охлаждения мощных светодиодов
Как указывалось ранее, обеспечить эффективный отвод тепла от светодиода можно при помощи организации пассивного или активного охлаждения. Светодиоды мощностью потребления до 10 вт целесообразно устанавливать на алюминиевые (медные) радиаторы, так как их массогабаритные показатели будут иметь приемлемые значения.
Применение пассивного охлаждения для светодиодных матриц мощностью 50 Вт и более становится затруднительным; размеры радиатора составят десятки сантиметров, а масса возрастёт до 200-500 грамм. В этом случае стоит задуматься о применении компактного радиатора вместе с небольшим вентилятором. Этот тандем позволит снизить массу и размеры системы охлаждения, но создаст дополнительные трудности. Вентилятор необходимо обеспечить соответствующим напряжением питания, а также позаботиться о защитном отключении светодиодного светильника в случае поломки кулера.
Существует ещё один способ охлаждения мощных светодиодных матриц. Он состоит в применении готового модуля SynJet, который внешне напоминает кулер для видеокарты средней производительности. Модуль SynJet отличается высокой производительностью, тепловым сопротивлением не больше 2 °C/Вт и массой до 150 г. Его точные размеры и вес зависят от конкретной модели. К недостаткам стоит отнести необходимость в источнике питания и высокую стоимость. В результате получается, что светодиодную матрицу в 50 Вт нужно крепить либо на громоздкий, но дешёвый радиатор, либо на маленький радиатор с вентилятором, блоком питания и системой защиты.
Каким бы ни был радиатор, он способен обеспечить хороший, но не самый лучший тепловой контакт с подложкой светодиода. Для снижения теплового сопротивления на контактируемую поверхность наносят теплопроводящую пасту. Эффективность её воздействия доказана повсеместным применением в системах охлаждения компьютерных процессоров. Качественная термопаста устойчива к затвердеванию и обладает низкой вязкостью. При нанесении на радиатор (подложку) достаточно одного тонкого ровного слоя на всей площади соприкосновения. После прижима и фиксации толщина слоя составит около 0,1 мм.
Расчеты и величины
Расчет схемы начинается с подбора элементной базы. Номинал должен не только соответствовать возможностям проектируемого устройства, но, по возможности, не создавать дополнительных потерь, уменьшающих эффективность системы.
Популярность светодиодов на 1w предельно легко объяснить – они довольно неприхотливы, что практически до бесконечности расширяет область их применения. Казалось бы, увеличение мощности должно сказываться на яркости, но это не совсем так. Установка светодиода на 3w по характеристикам светового потока равняется монтажу 2-х светодиодов по 1w, но при этом увеличивает расход энергии (учитывать, правда, стоит и режимы работы устройства).
Использование сверхъярких светодиодов на 10w и выше или матриц от 10w окупает себя в основном при необходимости полноценно освещать сравнительно большую площадь. Объяснить это можно тем, что для небольшого пространства поток света большой концентрации может оказаться избыточным.
В случае пассивного охлаждения светодиодов, они могут закрепляться непосредственно на теплоотводах. Как радиатор можно использовать строительные медные или алюминиевые профили различного сечения (несложно собрать даже своими руками). При этом без обдува использование радиатора с большим количеством ребер вряд ли окажется эффективным.
Что принимать во внимание, монтируя радиатор:
- Учитывать стоит лишь площадь внешних элементов, внутренние ребра, вне зависимости от количества и величины, обычно обеспечивают не более 10-15% охлаждения;
- При вычислениях отталкиваться можно от соотношения 1w на 20 см² (при этом минимальная толщина стенки для не менее 1-2 мм для 1 w, 2-3мм для 3 w, 4-6 мм для 10w сверхъярких диодов и 10w матриц);
- Температура основания светодиода не должна подниматься выше 50ºС (при достижении отметки в 80ºС люминофор начинает деградировать, тем приводя к поломке светодиода);
- Собирая схему своими руками, можно попытаться найти радиатор от старых советских элементов (транзисторов, материнских плат), что существенно облегчит поставленную задачу;
- Если чертеж устройства позволяет, можно использовать светодиоды, изначально прикрепленные к основанию произвольной формы. Находящиеся на них контактные площадки (2-4 и больше) не только упрощают спайку, но также значительно уменьшают нагрев светодиодов;
- При монтаже светодиода на радиатор проще всего использовать термоклей (клей, устойчивый к воздействию температур, а не состав для термопистолета). Подойдет также быстросохнущая полиэфирная оксидная смола (можно найти в авто-магазинах).
Правильно собрать схему для освещения своими руками – довольно просто. Нужно учитывать некоторые особенности светодиодов, подобрать соответствующий радиатор, предварительно сделав расчет и вычислив его площадь. Радиаторы можно приобрести также в специализированных отечественных или зарубежных магазинах. Готовые охладители хороши тем, что они практически идеально подходят для монтажа. С другой стороны, стоимость покупного радиатора делает собственноручную сборку устройств довольно затратной.
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
Оба типа радиаторов в поперечном сечении могут быть квадратными, прямоугольными или круглыми.
Рекомендуем Вам также ознакомиться с электромагнитным устройством – дроссель для ламп.
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:
Sох = (22 – (М · 1,5) · W,
где Sох – 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
Типы радиаторов
Некоторые соображения относительно пассивных тепловых конструкций, т.е радиаторов для светодиодов, для обеспечения хорошего управления температурой при работе светодиодов высокой мощности включают в себя:
Клей
Клей обычно используется для склеивания светодиодов и платы, а также платы и радиаторов. Использование теплопроводящего клея может дополнительно оптимизировать тепловые характеристики.
Радиатор
Радиаторы обеспечивают путь для прохождения тепла от светодиодного источника к внешней среде. Радиаторы могут рассеивать энергию тремя способами: проводимость (передача тепла от одного тела к другому), конвекция (передача тепла от твердого тела к движущейся жидкости, которая для большинства применений СИД будет воздухом) или излучение (передача тепла от двух тел различных температур поверхности через тепловое излучение ).
- Материал – Теплопроводность материала, из которого сделан радиатор, напрямую влияет на эффективность рассеивания за счет теплопроводности. Обычно это алюминий , хотя медь может использоваться с преимуществом для плоских радиаторов. Новые материалы включают термопласты, которые используются, когда требования к теплоотдаче ниже, чем нормальные, или сложная форма получит преимущество от литья под давлением, а также решения из натурального графита, которые обеспечивают лучшую теплопередачу, чем медь, с меньшим весом, чем алюминий, плюс возможность формования в комплекс. двумерные фигуры. Графит считается экзотическим решением для охлаждения и имеет более высокую стоимость производства.
- Форма – Термический перенос происходит на поверхности радиатора. Поэтому радиаторы должны иметь большую площадь поверхности. Эта цель может быть достигнута путем использования большого количества мелких ребер или увеличения размера самого радиатора.
Зависимость теплопроводности радиатора для светодиодов от формы
Хотя большая площадь поверхности приводит к лучшей эффективности охлаждения, между ребрами должно быть достаточно места, чтобы создать значительную разницу температур между ребром и окружающим воздухом. Когда ребра стоят слишком близко друг к другу, воздух между ними может стать почти такой же температуры, как ребра, так что передача тепла не произойдет. Следовательно, большее количество ребер не обязательно приводит к лучшей производительности охлаждения.
- Отделка поверхности – тепловое излучение радиаторов является функцией отделки поверхности, особенно при более высоких температурах. Окрашенная поверхность будет иметь большую излучательную способность, чем яркая, неокрашенная. Эффект наиболее заметен в плоских радиаторах, где около трети тепла рассеивается излучением. Кроме того, идеально плоская область контакта позволяет использовать более тонкий слой термопласта, что уменьшит тепловое сопротивление между радиатором и светодиодным источником. С другой стороны, анодирование или травление поверхности контакта также уменьшает тепловое сопротивление.
- Способ монтажа – крепления радиатора с помощью винтов или пружин часто лучше, чем обычные зажимы, теплопроводящий клей или клейкая лента.
Популярные статьи Открытка день рождения аппликация открытка гербарий бумага газетная картон клей ленты листья соломка
Для теплообмена между светодиодными источниками мощностью более 15 Вт и радиатором рекомендуется использовать материал теплопроводности интерфейса с высокой теплопроводностью (TIM), который создаст тепловое сопротивление на границе раздела ниже 0,2 К / Вт. В настоящее время наиболее распространенным решением является и материал с фазовым переходом , который наносится в виде твердой прокладки при комнатной температуре, но затем превращается в густую желатиновую жидкость, когда она поднимается выше 45 ° C.
Решаем проблему охлаждения
Маломощные светодиоды, например: 3528, 5050 и им подобные отдают тепло за счёт своих контактов, да и мощность у таких экземпляров гораздо меньше. Когда мощность прибора возрастает, появляется вопрос отвода лишнего тепла. Для этого применяют системы пассивного или активного охлаждения.
Пассивное охлаждение – это обычный радиатор, выполненный из меди или алюминия. О преимуществах материалов для охлаждения ходят споры. Достоинством такого типа охлаждение является – отсутствие шума и практически полное отсутствие необходимости его обслуживания.
Установка LED с пассивным охлаждением в точечный светильник
Активная система охлаждения – это способ охлаждения с применением внешней силы для улучшения отвода тепла. В качестве простейшей системы можно рассмотреть связку радиатор + кулер. Преимуществом является то, что такая система может быть значительно компактнее чем пассивная, до 10 раз. Недостатком — шум от кулера и необходимость его смазки.
Охлаждение своими руками
Простейшим примером радиатора будет «солнышко», вырезанное из жести или листа алюминия. Такой радиатор может охладить 1-3Вт светодиодов. Скрутив два таких листа между собой через термопасту, можно увеличить площадь теплоотдачи. Это банальный радиатор из подручных средств, он получается довольно тонким и использовать его для более серьёзных светильников нельзя.
Сделать своими руками радиатор для светодиода на 10W таким образом будет невозможно. Поэтому можно применить для таких мощных источников света радиатор от центрального процессора компьютера.
Если если оставить кулер, активное охлаждение светодиодов позволит использовать и более мощные LED. Такое решение создаст дополнительный шум от вентилятора и потребует дополнительного питания, плюс периодическое ТО кулера.
Площадь радиатора для 10Вт светодиода будет довольно большой – порядка 300см2. Хорошим решением будет использование готовых алюминиевых изделий. В строительном или хозяйственном магазине вы можете приобрести алюминиевый профиль и использовать его для охлаждения мощных светодиодов.
Сделав сборку нужной площади из таких профилей, вы можете получить неплохое охлождение, не забудьте все стыки промазать хотя бы тонким слоем термопасты. Стоит сказать, что есть специальный профиль для охлаждения, который выпускается промышленно самых разнообразных видов.
Если у вас нет возможности сделать радиатор охлаждения светодиодов своими руками вы можете поискать подходящие экземпляры в старой электронной аппаратуре, даже в компьютере. На материнской плате расположены несколько. Они нужны для охлаждения чипсетов и силовых ключей цепей питания. Отличный пример такого решения изображен на фото ниже. Их площадь обычно от 20 до 60см2. Что позволяет охлаждать светодиод мощностью 1-3 Вт.
Еще один интересный вариант изготовления радиатора из листов алюминия. Такой метод позволит набрать практически любую необходимую площадь охлаждения. Смотрим видео:
Принудительное охлаждение
Скажем несколько слов об активном охлаждении, варианты которого рассмотрены в таблице 4.
Таблица 4. Виды принудительного охлаждения
| Тип | Рассеиваемая тепловая мощность, Вт | Описание |
|---|---|---|
| Кулер | <170 | Монтируется непосредственно на радиатор. Необходимо дополнительное питание. |
| Тепловые трубки | <140 | Тепловые трубки не рассеивают тепло, они переносят его в другое место, так что радиатор все равно необходим. |
| Жидкостное охлаждение | <200 | Предназначено для отвода большого количества тепла, довольно дорогое решение, примерно в 10 раз дороже, чем тепловые трубки. |
| Модули Пельтье | <80 | Неэффективны, ограниченное охлаждение, дороговизна. Необходимо дополнительное питание. |
| Струйное охлаждение | <80 | Сравнимо с кулером, но работает более тихо и обладает высокой надежностью. Требуется специальный дизайн радиатора. |
| Системы охлаждения SynJet | <240 | Меньшие габариты по сравнению с обычными радиаторами.Тише по сравнению с кулерами. Долгий срок службы. К минусам можно отнести необходимость отдельного источника питания. |
Если естественного охлаждения недостаточно для отвода тепла, то требуется использовать принудительное охлаждение. Существует множество вариантов активного охлаждения — от кулеров до водяного охлаждения. Если применение активного охлаждения неизбежно, следует учесть то, что светодиоды могут работать в течение десятков…сотен тысяч часов, поэтому следует предусмотреть наличие системы защиты светодиодов от перегрева при выходе из строя устройств активного охлаждения, иначе выход из строя устройств принудительного охлаждения практически сразу же повлечет за собой выход из строя светодиода из-за перегрева. Помимо срока службы, важными параметрами являются эффективность, надежность, низкий уровень шума, цена, удобство при обслуживании, потребляемая мощность. Зачастую устройства принудительного охлаждения требуют дополнительного питания, это приводит к снижению КПД системы в целом.
Это интересно: Крепление распределительной коробки к деревянному потолку (видео)
Материалы изготовления радиаторов
В настоящее время охлаждение мощных светодиодов производят преимущественно на радиаторах из алюминия. Такой выбор обусловлен лёгкостью, низкой стоимостью, податливостью в обработке и хорошими теплопроводящими свойствами этого металла. Монтаж медного радиатора для светодиода оправдан в светильнике, где первостепенное значение имеют размеры, так как медь в два раза лучше рассеивает тепло, чем алюминий. Свойства материалов, которые наиболее часто используются для охлаждения мощных светодиодов, рассмотрим более детально.
Алюминиевые
Коэффициент теплопроводности алюминия находится в пределах 202–236 Вт/м*К и зависит от чистоты сплава. По этому показателю он в 2,5 раза превосходит железо и латунь. Кроме этого, алюминий поддаётся разным видам механической обработки. Для увеличения теплоотводящих свойств алюминиевый радиатор анодируют (покрывают в чёрный цвет).
Медные
Теплопроводность меди составляет 401 Вт/м*К, уступая среди других металлов лишь серебру. Тем не менее медные радиаторы встречаются намного реже алюминиевых, что обусловлено наличием ряда недостатков:
- высокая стоимость меди;
- сложная механическая обработка;
- большая масса.
Применение медной охлаждающей конструкции ведёт к увеличению себестоимости светильника, что недопустимо в условиях жёсткой конкуренции.
Керамические
Новым решением в создании высокоэффективных теплоотводов стала алюмонитридная керамика, теплопроводность которой составляет 170–230 Вт/м*К. Этот материал отличается низкой шероховатостью и высокими диэлектрическими свойствами.
С применением термопластика
Несмотря на то что свойства теплопроводных пластмасс (3–40 Вт/м*К) хуже, чем у алюминия, их главными преимуществами являются низкая себестоимость и лёгкость. Многие производители светодиодных ламп используют термопластик для изготовления корпуса. Однако термопластик проигрывает конкуренцию металлическим радиаторам в проектировании светодиодных светильников мощностью более 10 Вт.
Это интересно: Подключение диммера с выключателем к люстре и светильникам: описываем в общих чертах
Как закрепить светодиод
Существует два основных способа крепления, рассмотрим оба из них.
Первый способ – это механический. Он заключается в том, чтобы прикрутить светодиод саморезами или другим крепежом к радиатору, для этого нужна специальная подложка типа «звезда» (см. star). К ней припаивается диод, предварительно смазанный термопастой.
На «пузе» у светодиода есть специальный контактный пятачок диаметром как сигарета типа slim. После чего к этой подложке припаиваются питающие провода, и она прикручивается к радиатору. Некоторые светодиоды поступают в продажу уже закреплённые на переходной пластине, как на фото.
Второй способ – это клеевой. Он пригоден как и для монтажа через пластину, так и без неё. Но метал к металлу крепить не всегда получается, чем приклеить светодиод к радиатору? Для этого нужно приобрести специальный термопроводящий клей. Он может встречаться как в хозяйственной, так и в магазине радиодеталей.
Выглядит результат такого крепления следующим образом.
Из чего изготавливаются?
Для охлаждения светодиодных элементов мощностью более 10W применяют алюминиевые радиаторы. Монтаж медного радиатора оправдан при изготовлении компактного светильника.
Из алюминия
Показатель теплопроводности этого металла составляет 200-235 Вт/м*К. Этот коэффициент у алюминия в 2 раза выше, чем у латуни и стали. Кроме того, материал легко поддается обработке. Для повышения теплопроводности радиаторную конструкцию анодируют (окрашивают в черный цвет).
Из керамики
Для производства радиаторов этот материал стал использоваться недавно. Керамика имеет среднюю теплопроводность, однако характеризуется низкой шероховатостью и не проводит электрический ток.
Из меди
Коэффициент теплопроводности металла достигает 400 Вт/м*К. В этом плане материал уступает только серебру. Однако медные радиаторы выпускаются намного реже, чем алюминиевые.
Это объясняется:
- большим весом конструкции;
- сложностью механической обработки;
- высокой стоимостью материала.
Использование меди повышает себестоимость осветительного прибора, делая его неконкурентоспособным.
Из термопластика
Теплопроводные полимеры уступают алюминию, однако имеют меньшие вес и стоимость. Производители светодиодных приборов используют материал для создания корпусов. При изготовлении светильников мощностью более 10 Вт термопластик не может конкурировать с металлами.
Сделать своими руками
Радиолюбители редко берутся за изготовление радиаторов, поскольку этот элемент – вещь ответственная, напрямую влияющая на долговечность светодиода. Но в жизни бывают разные ситуации, когда приходится мастерить теплоотводчик из подручных средств.
Вариант 1
Самая простая конструкция самодельного радиатора – круг, вырезанный из листа алюминия с выполненными на нем надрезами. Полученные сектора немного отгибаются (получается нечто, похожее на крыльчатку вентилятора).
По осям радиатора отгибаются 4 усика для крепления конструкции к корпусу лампы. Светодиод можно закрепить через термопасту саморезами.
Вариант 1 – самодельный радиатор из алюминия
Вариант 2
Радиатор для светодиода можно изготовить своими руками из куска трубы прямоугольного сечения и алюминиевого профиля.
Необходимые материалы:
- труба 30х15х1,5;
- пресс-шайба диаметром 16 мм;
- термоклей;
- термопаста КТП 8;
- профиль 265 (Ш-образный);
- саморезы.
В трубе для улучшения конвекции сверлятся три отверстия диаметром 8 мм, а в профиле – отверстия диаметром 3,8 мм – для его крепления саморезами.
В местах соединения деталей радиатора наносится слой термопасты КТП 8. Затем производится сборка конструкции с помощью саморезов с пресс шайбой.
Способы крепления светодиодов к радиатору
Светодиоды прикрепляют к радиаторам двумя способами:
- механическим;
- приклеиванием.
Приклеить светодиод можно на термоклей. Для этого на металлическую поверхность наносится капелька клеящей массы, затем на нее садится светодиод.
Однако большинство радиолюбителей предпочитают механическое крепление светодиодов. Сейчас выпускаются специальные панели, с помощью которых можно быстро и надежно смонтировать светодиод.
В некоторых моделях предусмотрены зажимы для вторичной оптики. Монтаж выполняется просто: на радиатор устанавливается светодиод, на него – панелька, которая крепится к основанию саморезами.
Но не только радиаторы для светодиода можно изготовить самостоятельно. Любителям заниматься растениями рекомендуем ознакомиться со светодиодной .
Качественное охлаждение светодиода является залогом долговечности светодиода. Поэтому к подбору радиатора следует подходить со всей серьезностью. Лучше всего использовать готовые теплообменники: они продаются в магазинах радиотоваров. Стоят радиаторы недешево, зато легко монтируются и светодиод защищает от избытка тепла надежнее.
Светодиоды считаются одним из наиболее эффективных источников света, их световой поток доходит до фантастических значений, порядка 100 Лм/Вт. Люминесцентные лампы выдают в два раза меньше, а именно 50-70 Лм/Вт. Однако для долгой работы светодиода нужно выдерживать их тепловые режимы. Для этого применяются фирменные или самодельные радиаторы для светодиодов.
Методы крепления светодиодов к радиатору
Светодиоды прикрепляются к устройству при помощи двух методов:
- механического;
- приклеивания.
Клеят светодиод термическим клеем. С этой целью на поверхность из металла наносится немного клея, затем на нее сажают светодиод. Для получения хорошего соединения светодиод придавливается грузом до полного высыхания клеящего вещества. Но большинство мастеров предпочитают использовать механический способ.
В настоящее время производятся специальные панели, посредством которых можно в кратчайшие сроки произвести монтаж диода. Некоторые модели предусматривают дополнительные зажимы для вторичной оптики. Монтаж весьма прост. На радиатор устанавливается светодиод, затем на него – панель, которую прикрепляют к основанию при помощи саморезов.
