Радіатор для світлодіодів: призначення, види, робимо своїми руками

При складанні світлодіодного приладу важливо правильно вибрати, спроектувати і встановити систему для його охолодження – радіатор для світлодіодів. Якщо тепловий режим для роботи світлодіода підібраний невірно – це згодом призведе до його перегріву і виходу з ладу.

Навіщо потрібно охолоджувати світлодіод

Думка про те, що світлодіод не нагрівається помилково. Воно будується на тому, що торкаючись до такого малопотужного приладу, не відчуваєш тепла. Згідно, закону збереження енергії: енергія не з’являється з нічого і не зникає безслідно, а перетворюється з одного виду в інший. Світлодіоди, як твердотільні джерела світла, випромінюють видиму частину спектра і виділяють при цьому тепло. Внаслідок термоелектричних явищ, що відбуваються в напівпровідникових світлодіодах, виділяється тепло. У прямій залежності від температури нагріву світлодіодів змінюються його показники і характеристики. Така сильна залежність показників від температури призводить до того, що:


Мал. 1. Графік залежності показника відносного світлового потоку від температури переходу (світлодіод MKR)

  • напівпровідниковий перехід при нагріванні світлодіодного кристала деградує, і він швидко зношується, а термін експлуатації знижується;
  • теплової кордон у світлодіодів, після якого настає пробою, досягається після підвищення температури до 150 ° С. Залежно від застосовуваних матеріалів, змінюється кількість світлового потоку і терміну зносу;
  • поступово зменшується кількість світлового потоку, що відображають криві залежності, зображені на Рис.1;
  • зі зміною температури змінюється і величина прямого падіння напруги на світлодіоді. При нагріванні джерела світла збільшується показник прямого падіння напруги. На графіках кривими зображується така залежність.

Перераховані вище причини є серйозним приводом, щоб знизити температуру води від світлодіодного приладу.

Як охолоджувати світлодіод

Ефективним способом охолодження кристала буде відведення надлишкового тепла, використовуючи явище теплопровідності.

У радіоелектроніці для відводу тепла застосовують радіатори, за допомогою яких тепло відводять в атмосферу двома способами. При першому способі охолодження – пасивному, одна частина теплових інфрачервоних хвиль випромінюється в атмосферу, а друга йде завдяки конвекції теплого повітря від радіатора (Рис. 2). У світлодіодах з невисокою потужністю при цьому пасивному способі теплової конвекції тепло проводиться через металеві контакти, показник теплопровідності яких дозволяє в достатньому обсязі відводити його надлишки від кристала. Довші контакти дозволяють краще відводити і розсіювати тепло по платі. Недоліком пасивного методу є великий розмір, вага і висока вартість встановлюється тепла.


Мал. 2. Пасивний спосіб теплової конвекції

Турбулентна конвекція відноситься до другого активного способу охолодження. Для виведення тепла з потужних світлодіодних приладів на радіаторі закріплюється змонтований на підкладці кристал.

Розміри, форма і кількість ребер радіатора безпосередньо залежать від потужності діода. В систему вбудовані механічні пристрої та вентилятори, що створюють активні потоки повітря (Рис.3). Наприклад, лампи потужністю 20 ват в фарах автомашин бізнес-класу примусово обдуваются вбудованими Куллер. Цей спосіб більш продуктивний, але застосуємо тільки в умовах гарної погоди і відсутності великої запиленості приміщення.


Рис.3. Вентилятори для активного способу охолодження

Установка радіатора знижує процес перегріву світлодіода, що дозволяє в кілька разів збільшити термін його експлуатації.

типи радіаторів

Перед складанням пристрої необхідно визначитися з типом використовуваного радіатора:

  • штирьовий або голчастий (Рис.5);
  • ребристий (Рис.4).

При необхідності природного охолодження джерела світла застосовують перший тип, а в разі примусового – другий. Зазвичай штирьовий, при однакових розмірах з ребристим, продуктивніше на 70%.


Рис.4. радіатор ребристий

Радіатор ребристого типу в основному застосовують при активному способі відведення тепла. Але при певних геометричних параметрах його використовують в пасивному способі.


Рис.5. радіатор голчастий

Коли дистанція між голками дорівнює 4 мм, пристрій призначається для природного тепловідведення, а при зазорі 2 мм радіатор укомплектовують вентилятором.

Матеріали для радіаторів

Для довгої і продуктивної роботи світлодіода дуже важливо підібрати якісний матеріал для радіатора. Його вибирають за певними вимогами і показниками. Показник теплопровідності повинен знаходитися в межах 6-10 Вт. При більш низькому показнику матеріал не проведе тепло, яке потрапляє в повітря. При показнику теплопровідності вище 10 Вт, ефективність роботи пристрою з технічних показниками не зросте, а витрати на матеріал будуть зайвою витратою грошей. Найбільш відповідними матеріалами при виробництві вважаються алюміній, кераміка, мідь. У рідкісних випадках виготовляють прилад з матеріалів, що включають до складу пластмаси, що сприяють розсіюванню тепла.

Світлодіодний радіатор найчастіше виготовляють з пресованого алюмінію, оскільки він краще за інших матеріалів відводить тепло. Головною вадою алюмінієвого радіатора для світлодіодів вважають велику кількість шарів у виробі, що сприяє появі перехідного теплового опору. Що б подолати такий опір, необхідно додати в виріб матеріали, що володіють теплопровідні властивості і заповнюють повітряні прошарки: клейкі речовини, ізоляційні пластини та ін.

Перевага мідного радіатора, у порівнянні з алюмінієвим, в більш високій теплопровідності. Недолік його в більш важкій вазі вироби і меншою податливості металу. Метод пресування мідного і обробка різанням дуже затратні способи виготовлення.

Більш прийнятним варіантом відведення тепла є підкладка з кераміки. До її струмоведучих трасах припаюють світлодіоди, що дозволяє збільшити тепловідвід в два рази в порівнянні радіаторами, виготовленими з металу.

Розсіюючої тепло пластмаса за вартістю дешевше алюмінієвого виробу. Так як теплопровідність самої пластмаси становить – 0,2 Вт / м, то досягти прийнятного показника можливо, тільки за рахунок додавання наповнювачів. Якщо алюмінієвий радіатор замінити на пластмасовий, такого ж розміру, то температура в зоні підведення збільшиться на 5%.

Проводимо розрахунок площі радіатора

Зверніть увагу, для правильного розрахунку площі радіатора враховують параметри корисної площі розсіювання, а не поверхневої площі.

При підрахунку корисної площі (S) включають суму площ ребер і підкладки в квадратних метрах. Потрібно врахувати, що у кожного ребра дві відводять поверхні. В такому випадку S тепловідведення прямокутної форми S – 1 см2 становить – 2 см2.

В результаті проведених експериментів була виведена формула розрахунку необхідної площі тепловідведення:

S = (22 – (M x 1.5)) x W, в якій

S – площа тепловідведення радіатора; W-потужність підведена (Вт); M-потужність світлодіода. Для пластинчастих радіаторів зроблених з алюмінію можна застосувати такі приблизні дані розраховані фахівцями з Тайвані:

  • 1 Вт: 10? 15 см2;
  • 3 Вт: 30? 50 см2;
  • 10 Вт: близько 1000 см2;
  • 60 Вт: 7000 73000 см2.

Оскільки діапазон зазначених даних має великий розбіг і визначені вони в умовах для клімату південної країни, то величини не є абсолютно точними і підходять для попереднього підрахунку.

Більш детальну інформацію про розрахунок площі радіатора можна отримати, переглянувши відео.

Як зробити радіатор своїми руками

Радіатор – важлива деталь в роботі LED, від його якості залежить довговічність світлодіода. Зробити своїми руками радіатор з підручних матеріалів можна в такий спосіб:

  1. Саморобний. Вирізавши коло з листового алюмінію, по краях роблять надрізи. Як показано на Рис.6, вусики відгинають як у вентилятора. 4 вусики окремо відгинають по осях тепловідведення для подальшого прикріплення конструкції до основи світлодіода. Закріпити конструкцію можна саморізами, попередньо завдавши термопасту.


    Рис.6. Саморобний алюмінієвий радіатор.

  2. При другому способі використовують профіль (з алюмінію) і відріз труби з прямокутним перерізом 30х15х1,5. (Рис.7). Додаткові матеріали: профіль 265, прес-шайба 16 мм, термоклей, термопаста, саморізи. Спочатку просвердлюють в трубі 3 отвори 8 мм, потім в профілі – 3,8 мм – для подальшого закріплення саморізами. Термоклеем клеять джерело світла до труби, як до основи, попередньо наносять термопасту в місцях приклеюються частин. Використовуючи саморізи і прес-шайби збирають всю конструкцію.

Щоб з’єднання вийшло міцним, світлодіод після нанесення клею притискають на чотири години не важким тягарем.


Рис.7. Профільна труба для радіатора

Вибираючи радіатор для світлодіода варто обов’язково врахувати тип матеріалу з якого він складається і його площа. Чи не правильно підібраний радіатор істотно скоротить термін служби світлодіода, а в деяких випадках може і зовсім вивести його з ладу в перші години роботи.

Ссылка на основную публикацию