Расчет и изготовление радиатора для светодиодов
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.
Зачем диодам нужно охлаждение?
Несмотря на высокие показатели светоотдачи светодиоды излучают света примерно на треть потребляемой мощности, а остальное выделяется в тепло. Если диод перегревается структура его кристалла нарушается, начинает деградировать, световой поток снижается, а степень нагрева лавинообразно увеличивается.
Причины перегрева светодиодов:
- Слишком большой ток;
- плохая стабилизация питающего напряжения;
- плохое охлаждение.
Первые две причины решаются применением качественного источника питания для светодиодов. Такие источники часто называют драйвер для светодиода. Их особенность заключается не в стабилизации напряжения, а именно в стабилизации выходного тока.
Дело в том, что при перегреве сопротивление светодиода снижается и ток, протекающий через него, возрастает. Если в качестве блока питания использовать стабилизатор напряжения – процесс получится лавинообразным: больше нагрев – больше ток, а больший ток – это больший нагрев и так по кругу.
Стабилизируя ток, вы отчасти стабилизируете и температуру кристалла. Третья причина – это плохое охлаждение для светодиодов. Рассмотрим этот вопрос подробнее.
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.
Как подобрать радиатор?
Расчет радиатора для светодиода процесс не совсем простой, тем более для начинающего. Для его выполнения нужно знать тепловое сопротивление кристалла, а также перехода кристалл-подложка, подложка-радиатор, радиатор-воздух. Чтобы упростить решение многие пользуются соотношением 20-30 см 2 /Вт.
Это значит, что на каждый ватт LED света нужно использовать радиатор площадью порядка 30 см 2 .
Естественно, такое решение не является уникальным. Если ваша осветительная конструкция будет использоваться в подвальном прохладном помещении можно взять меньшую площадь, но при этом убедитесь, что температура светодиода в пределах нормы.
Предыдущие поколения LED комфортно чувствовали себя при температуре кристалла 50-70 градусов, новые светодиоды могут переноситьтемпературу до 100 градусов. Проще всего определить – прикоснуться рукой, если рука едва терпит – всё в порядке, а если кристалл может вас обжечь – принимайте решение для улучшения условий его работы.
Считаем площадь
Допустим мы имеем светильник мощностью 3Вт. Площадь радиатора для светодиода 3Вт, согласно описанному выше правилу будет равна 70-100см 2 . С первого взгляда может показаться большой.
Но рассмотрим расчет площади радиатора для светодиода. Для плоского пластинчатого радиатора площадь считается:
a * b * 2 = S
Где a, b – длины сторон пластины, S – полная площадь радиатора.
Откуда взялся коэффициент 2? Дело в том, что у такого радиатора две стороны и они равносильно отдают тепло окружающей среде, поэтому полная полезная площадь радиатора равна площади каждой из его сторон. Т.е. в нашем случае нужна пластина с размерами сторон 5*10см.
Для ребристого радиатора полная площадь равна – площади основания и площадям каждого из рёбер.
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 300см 2 . 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 60см 2 . 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:
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.
Выводы
Как вы могли убедится радиатор для светодиода можно найти как в магазине, так и порывшись в своих старых приборах, или просто в залежах всяких мелочей. Не обязательно использовать специальное охлаждение.
Площадь радиатора зависит от ряда условий, таких как влажность, температура окружающего воздуха и материал радиатора, но при бытовом решении ими пренебрегают.
Всегда уделяйте особое внимание проверке тепловых режимов ваших устройств. Таким образом вы обеспечите их надёжность и долговечность. Можно определять температуру рукой, но лучше приобретите мультиметр с возможностью её измерения.
Источник
Самодельный радиатор водяного охлаждения
По своему опыту могу сказать, что подобрать готовый радиатор для СВО – задача непростая.
Проживаю я в Литве, последни десять лет бизнес перегона в Россию подержанных иномарок бил ключом, продавалось в буквальном смысле все, что в состоянии своим ходом покинуть территорию авторынка. Если машина (транспортным средством назвать груду металолома язык не поворачивался) оказывалась на автомусорке (да, да, именно так у нас прозвали места последнего успокоения авто), она тут же раздиралась на тысячу деталей. Самые приличные таинственным образом расползались по родным и знакомым, и если уже на продажу попадали автопечки, то не протекали они только благодаря толстенному слою грязи и накипи.
В результате после попытки отмыть и почистить печка всем своим видом показывает, что работат.
По своему опыту могу сказать, что подобрать готовый радиатор для СВО – задача непростая.
Проживаю я в Литве, последни десять лет бизнес перегона в Россию подержанных иномарок бил ключом, продавалось в буквальном смысле все, что в состоянии своим ходом покинуть территорию авторынка. Если машина (транспортным средством назвать груду металолома язык не поворачивался) оказывалась на автомусорке (да, да, именно так у нас прозвали места последнего успокоения авто), она тут же раздиралась на тысячу деталей. Самые приличные таинственным образом расползались по родным и знакомым, и если уже на продажу попадали автопечки, то не протекали они только благодаря толстенному слою грязи и накипи.
В результате после попытки отмыть и почистить печка всем своим видом показывает, что работат нормально она не желает, водичку предпочитает пропускать не через штуцеры, а прямо на пол через кучу мелких (и не очень) дырочек. И вообще у нее голова сегодня болит.
Да и габариты старых печек – просто атас, а на машинах поновее печка – чудо из аллюминия и пластика (хочется то медную), продуть и те и другие тихому медленному вентилятору не под силу.
Регулярные набеги на ремонтные мастерские холодильников и кондиционеров результатов также не принесли. В лучшем случае попадались алюминиевые радиаторы, в худшем – стальные.
В силу вышеперечисленных причин был осуществлен ряд разбойных набегов по следующим адресам:
•Магазин сантехники – удалось унести один метр медной трубки наружным диаметром 12 мм и восемь медных же угловых колен для этой трубки
•Местный пункт приема цветмета – удалось нарыть лист бронзовой фольги толщиной 0,3 мм
•Магазин электротоваров, результат – 5 метров медной проволоки 2,5-3 мм (этот размер определяет расстояние между пластинами)
Дальше лирика заканчивается, начинается проза жизни. Предупреждаю сразу, для ряда операций желателен (но не обязателен) выход на простейший цех металлообработки (нужна гильотинка для резки металла и сверлильный станок).
Продолжаю. Фольгу нарезем кусочками 20 х 150 мм, (я нарезал 60 штук, с запасом). Из алюминия толщиной 4-5 мм вырезаем два кусочка таких же габаритов и складываем все пластинки в пакет так, чтобы верхней и нижней оказались именно эти толстые пластины. Весь пакет стягиваем маленькими тисочками. Керним четыре отверстия, отступая от узкого края 18,75 – 37,5 – 37,5 – 37,5 мм соответственно по центральной оси.
Все, сели, передохнули, можно покурить, пиво не рекомендую.
Берем пакет пластин, пиво (вот и пригодилось) и идем к ближайшему сверлильному станку, находим рядом мужика в максимально промасленной спецовке, ставим на видное место пиво и просим мужика “просверлить всего 4 дырочки”, диаметром 13 мм.
Внимание, это не опечатка, именно 13. Поясняю. Трубка диаметром менее 15 мм поставляется в рулонах, выпрямить идеально не удастся. В результате расстояние между осями трубок „плавает“, насадить ребра с отверстиями 12 мм на трубки не получится, пластины “ведет”.
Толстые пластины по краям пакета не дают пакету расползаться и деформироваться. И последнее. Не смотря на то, что сверлим относительно толстую штукенцию, рекомендую использовать сверло, заточенное для сверления жести, простое сверло, даже очень острое, не подходит, пакет разбухает, сверло уводит. Смазка сверла обязательна.
(кликните по картинке для увеличения)
Расправляем медную трубку и отрезаем два куска по 20 см и два – по 16.
Берем в руки медную проволоку и, используя трубку как оправку, наматываем на трубке спираль ( внутренний диаметр 12 мм ), снимаем спираль, разрезаем на колечки. В результате получаем кучку медных колечек. Каждое кольцо выравниваем, сводя торцы разрезов.
В нарезке есть маленькая хитрость. Отрезать колечко от спирали надо так, чтобы оставался зазор и само кольцо можно было бы сжать, уменьшить в диаметре. В результате кольцо должно одеваться на трубку внатяг.
Далее кипятим все это хозяйство в растворе лимонной кислоты (заодно жене и чайник от накипи почистим, да и будет чем полить розы стервозной соседке . Пока все кипит – можно попить кофейку.
Фонфары. Занавес. Маэстро – МАРШ.
Из деталей собираем радиатор (см. рисунок), промазываем места пайки флюсом, прогреваем промышленным феном и пропаиваем. Колечки из проволоки, с одной стороны фиксируют расстояние между пластинами, а с другой – под ними залитый припой обеспечивает отличный тепловой контакт между трубками и пластинами. На уровне мировых стандартов, так сказать.
Флюс я использовал активный, для пайки алюминия. Одна немаловажная деталь. Я не рекомендую мазать флюсом всю конструкцию сразу – прогревается вся деталь, процесс пайки длительный, и, пока будете паять одну часть, флюс в других местах “плавно превращается, плавно превращается. ” в трудноудаляемыи нагар.
(кликните по картинке для увеличения)
На рисунке
<1>трубки 20 см
<2>трубки 16 см
<3>отрезки трубки для соединения колен
<4>колен для трубки
Очевидно, что размеры в данном случае – дело личное, я изготавливал радиатор для встраивания в верхний 5,25’ слот корпуса, где он сейчас и трудится на пару с 12 см вентилятором. При желании можно изготовить радиатор хоть в 3,5” слот корпуса, хоть на боковую стенку.
На этом позвольте откланяться
Rekill
Обратите внимание на то как отрезаны колечки
Источник
