Hliníkový radiátor pro LED. Vyrábíme vlastní zářič na LED Video návod na výrobu

LED diody se objevily teprve před několika lety. Už se jim ale podařilo zajistit si vedoucí pozici na trhu s osvětlovacími produkty. Mohou být použity nejen v osvětlovacích systémech, ale také v různých řemeslech nebo amatérských schématech. Při práci s LED se musíte postarat o možnosti chlazení. Jedním ze způsobů chlazení LED je instalace chladiče.

Radiátory pro chlazení LED

Náš článek vám odhalí všechna tajemství, jak správně a vlastníma rukama sestavit chladicí zařízení.

Proč je potřeba chladič?

Než začneš vlastní montáž chladič pro LED, musíte znát vlastnosti samotného zdroje světla.
LED jsou polovodiče, které mají dvě nohy („+“ a „-“), tzn. mají polaritu.

LED diody

Aby bylo možné správně vyrobit radiátor pro ně, je nutné provést určitý výpočet. V první řadě by tento výpočet měl zahrnovat měření napětí i proudu. Kromě toho je třeba pamatovat na to, že jakékoli elektricky náročné zařízení, včetně LED diod, má tendenci se zahřívat. Proto je zde potřeba chladicí systém.
Při výpočtech pamatujte - pouze 1/3 zadaného výkonu světelného zdroje se převede na světelný tok (například 3-3,5 z 10w). Hlavní část tedy budou tepelné ztráty. Aby se minimalizovaly tepelné ztráty, používají se radiátory.

Poznámka! Přehřátí LED vede ke snížení jeho životnosti. Použití zářiče tedy také umožňuje prodloužit „životnost“ světelného zdroje.

Proto mají LED obvody chladicí komplex pro všechny hlavní prvky.
Dnes můžete pro chlazení prvků elektrického obvodu, který obsahuje LED diody, použít tři možnosti odvodu tepla:

• přes tělo zařízení (ne vždy možné);
• přes tištěný spoj. K chlazení dochází prostřednictvím neprimárních vodivých cest, kterými protéká proud;
• pomocí radiátoru. Pasuje jak na desky, tak na LED.

Poznámka! V posledně uvedené situaci je nutné správně přesně vypočítat, o jakou plochu by se mělo jednat.

LED chladič

Nejvíc efektivní způsob Chlazení LED je pomocí radiátoru, který si snadno postavíte sami. Hlavní věc, kterou je třeba si zapamatovat, je, že provoz chladiče je ovlivněn tvarem a počtem žeber.

Designové vlastnosti chladičů

Mnoho lidí, kteří jsou zmateni sestavením radiátoru vhodného pro LED diody vlastníma rukama, položí celkem logickou otázku „co je lepší? Ve skutečnosti dnes existují dvě skupiny chladičů, které se liší svými konstrukčními prvky:

• jehlovitý Nejčastěji se používá pro chladicí systémy přírodní typ. Takové modely se používají pro vysoce výkonné LED;

Jehlový radiátor

• žebrovaný. Používá se v systémech nuceného chlazení. Vybírají se v závislosti na geometrických parametrech. Kromě toho je lze také použít k chlazení vysoce výkonných LED.

Lamelový radiátor

Při výběru typu chladiče musíte pamatovat na to, že jehlové pasivní zařízení převyšuje účinnost žebrovaného modelu o 70%.
Radiátor jakéhokoli designu (žebrovaný nebo jehlový) může mít různé tvary:

• náměstí;
• kolo;
• obdélníkový.

Možnost chladiče vhodná pro LED by měla být vybrána v závislosti na potřebách chlazení.

Výpočetní funkce

Výpočet okruhu pro vytvoření radiátoru vlastníma rukama by měl vždy začít výběrem základny prvku. Nezapomeňte, že hodnocení zde musí odpovídat nejen potenciálu namontovaného chladiče, ale také zabránit vytváření dalších ztrát. v opačném případě domácí zařízení bude mít nízkou účinnost. A nejprve je k tomu nutné vypočítat plochu radiátoru.
Co by měl zahrnovat výpočet takového parametru, jako je plocha:

• úprava zařízení;
• jaká je oblast rozptylu;
• indikátory okolního vzduchu;
• materiál, ze kterého je chladič vyroben.

Takové nuance je třeba vzít v úvahu při navrhování nového radiátoru, spíše než při přestavbě starého. Nejdůležitějším ukazatelem pro vlastní montáž chladiče bude ukazatel maximálního přípustného ztrátového výkonu teplosměnného prvku.
Plochu radiátoru lze vypočítat dvěma způsoby.
První metoda výpočtu. Pro určení požadované plochy je třeba použít vzorec F = a x S x (T1 – T2), kde:

• F – tepelný tok;
• S – povrch chladiče;
• T1 je indikátor teploty média, které odebírá teplo;
• T2 je teplota vyhřívaného povrchu;
• a je koeficient odrážející přenos tepla. Tento koeficient pro neleštěné povrchy se běžně předpokládá 6-8 W/(m2K).

Obvod

Při použití této metody výpočtu je nutné pamatovat na to, že deska nebo žebro má dvě plochy pro odvod tepla. V tomto případě se výpočet povrchu jehly provádí pomocí obvodu (π x D), který musí být vynásoben ukazatelem výšky.
Druhá metoda výpočtu. Je zde použit poněkud zjednodušený vzorec odvozený experimentálně. V tomto případě se použije vzorec S = x W, kde:

• S – plocha výměníku tepla;
• M – nevyužitý výkon LED;
• W – dodávaný výkon (W).

Navíc, pokud se vyrábí žebrovaný hliníkový přístroj, můžete při výpočtech použít data získaná tchajwanskými specialisty:

• 60 W – od 7000 do 73000 cm2;
• 10 W – asi 1000 cm2;
• 3 W – od 30 do 50 cm2;
• 1 W – od 10 do 15 cm2.

Ale v takové situaci je nutné pamatovat na to, že výše uvedené údaje jsou vhodné pro klimatické podmínky Tchaj-wanu. V našem případě by měly být brány pouze při provádění předběžných výpočtů.

Materiál pro výrobu chladiče

Životnost LED přímo závisí na tom, jaký materiál je použit v polovodiči, a také na kvalitě chladicího systému.
Při výběru materiálu pro chladič se musíte řídit následujícím:

• materiál musí mít tepelnou vodivost alespoň 5-10 W;
• Úroveň tepelné vodivosti musí být vyšší než 10 W.

V tomto ohledu se pro výrobu chladiče vyplatí použít následující materiály:

• hliník. Hliníková verze se v současnosti používá nejčastěji pro chlazení LED. Ale zároveň má hliníkový chladič značnou nevýhodu - skládá se z řady vrstev. V důsledku této struktury hliníkové zařízení vyvolává tepelný odpor. Lze je překonat pouze pomocí přídavných tepelně vodivých materiálů, kterými mohou být izolační desky;

Poznámka! Hliníkový radiátor, i přes své nedostatky dobře zvládá odvod tepla. Je zde použit hliníkový plech, který je ofukován ventilátorem.

Hliníkový radiátor

• keramika. Keramické chladiče mají speciální trasy, kterými je veden proud. LED diody jsou připájeny na stejné stopy. Takové produkty jsou schopny odstranit dvakrát tolik tepla;
• měď. Je zde měděná deska. Vyznačuje se vyšší tepelnou vodivostí než hliník. Ale měď je horší než hliník Technické specifikace a hmotnost. Měď zároveň není kujný kov a po zpracování zůstává spousta zbytků;

Měděný radiátor

• plastický. Mezi výhody patří dostupná cena, a vysoká úroveň vyrobitelnosti. Nevýhodou je zde zároveň nižší tepelná vodivost.

Jak vidíme, nejvíce nejlepší možnost V poměru ceny a kvality si budete moci vyrobit vlastní radiátor pro LED z hliníku. Podívejme se na několik způsobů, jak vyrobit chladič pro LED.

Jak se vyrábějí chladiče?

Ne všichni radioamatéři jsou ochotni ujmout se výroby takových zařízení. Ostatně bude hrát hlavní roli. Životnost osvětlovací instalace z LED závisí na tom, jak dobře je chladič vyroben ručně. Mnoho lidí proto raději neriskuje a zařízení pro chladicí systém nakupuje ve specializovaných prodejnách.

Domácí radiátor pro diody

Ale existují situace, kdy není možné koupit, ale lze jej vyrobit z dostupných materiálů, které lze snadno najít v domácí laboratoři jakéhokoli radioamatéra. A zde jsou vhodné dva způsoby výroby.

První způsob vlastní montáže

Nejjednodušší design pro domácí radiátor bude samozřejmě kruh. Dá se řezat takto:

• vyřízněte kruh z hliníkového plechu a vytvořte jej na něm požadované množstvířezy;

Vyřízněte hliníkový kruh

• Dále sektor trochu ohneme. Výsledkem je něco jako ventilátor;
• podél os je nutné ohnout 4 antény. S jejich pomocí bude zařízení připevněno k tělu lampy;
• LED diody na takovém radiátoru lze upevnit pomocí tepelné pasty.

Hotový zářič pro kulaté diody

Jak vidíte, jedná se o poměrně jednoduchý způsob výroby.

Druhý způsob vlastní montáže

Chladicí zařízení, které bude připojeno k LED diodám, může být vyrobeno nezávisle na kusu trubky, která má obdélníkový průřez, nebo z hliníkového profilu. Zde budete potřebovat:

• lisovací podložka o průměru 16 mm;
• trubka 30x15x1,5;
• teplovodivá pasta KTP 8;
• profil ve tvaru W 265;
• horké lepidlo;
• samořezné šrouby

Radiátor vyrábíme následovně:

• vyvrtejte tři otvory v potrubí;

Možnost volby potrubí radiátoru

• Dále vyvrtáme profil. Bude sloužit k připevnění k lampě;
• LED diody připevníme k trubce, která bude fungovat jako základna chladiče, pomocí horkého lepidla;
• na spoje radiátorových prvků naneste vrstvu teplovodivé pasty KTP 8;
• Zbývá pouze sestavit konstrukci pomocí samořezných šroubů vybavených lisovací podložkou.

Tato metoda bude poněkud obtížnější implementovat než první možnost.

Závěr

Vědět, co je radiátor připojený k LED diodám, je docela možné jej vyrobit sami z improvizovaných prostředků. Jeho správná montáž vám pomůže nejen efektivně ochladit světelnou instalaci, ale také se vyhnout situaci snižování životnosti LED.

LED jsou považovány za jeden z nejúčinnějších světelných zdrojů, jejich světelný tok dosahuje fantastických hodnot, cca 100 Lm/W. Zářivky Produkují o polovinu méně, konkrétně 50-70 Lm/W. Pro dlouhodobý provoz LED je však potřeba vydržet tepelné podmínky. K tomuto účelu jsou značkové popř domácí radiátory pro LED diody.

Proč diody potřebují chlazení?

Navzdory své vysoké světelné účinnosti vyzařují LED diody přibližně třetinu spotřebované energie a zbytek se uvolňuje jako teplo. Pokud se dioda přehřeje, naruší se struktura jejího krystalu a začne degradovat, světelný tok se sníží a stupeň zahřátí se jako lavina zvyšuje.

Důvody přehřívání LED:

• Příliš velký proud;
• špatná stabilizace napájecího napětí;
• špatné chlazení.

První dva důvody lze vyřešit použitím kvalitního zdroje pro LED. Takové zdroje jsou často nazývány . Jejich zvláštnost nespočívá ve stabilizaci napětí, ale ve stabilizaci výstupního proudu.

Faktem je, že při přehřátí LED se odpor LED snižuje a proud, který jí prochází, se zvyšuje. Pokud použijete stabilizátor napětí jako zdroj energie, proces se ukáže jako lavina: více ohřevu znamená více proudu a více proudu znamená více ohřevu a tak dále v kruhu.

Stabilizací proudu částečně stabilizujete teplotu krystalu. Třetím důvodem je špatné chlazení u LED. Podívejme se na tento problém podrobněji.

Řešení problému s chlazením

Nízkoenergetické LED diody, například: 3528, 5050 a podobně, vydávají teplo díky svým kontaktům a výkon takových vzorků je mnohem menší. Když se výkon zařízení zvýší, vyvstává otázka odstranění přebytečného tepla. K tomuto účelu se používají pasivní nebo aktivní chladicí systémy.

Pasivní chlazení- Jedná se o běžný radiátor vyrobený z mědi nebo hliníku. Diskutuje se o výhodách chladicích materiálů. Výhodou tohoto typu chlazení je absence hluku a téměř úplná absence nutnosti údržby.

Aktivní systém chlazení je metoda chlazení, která využívá vnější sílu ke zlepšení odvodu tepla. Za nejjednodušší systém můžeme považovat kombinaci radiátor + chladič. Výhodou je, že takový systém může být mnohem kompaktnější než pasivní, a to až 10x. Nevýhodou je hluk od chladiče a nutnost jeho mazání.

Jak vybrat radiátor?

Výpočet radiátoru pro LED není úplně jednoduchý proces, zvláště pro začátečníka. Chcete-li to provést, musíte znát tepelný odpor krystalu a také přechody krystal-substrát, substrát-radiátor a radiátor-vzduch. Pro zjednodušení řešení mnozí používají poměr 20-30 cm 2 /W.

To znamená, že na každý watt LED světla je potřeba použít zářič o ploše cca 30 cm2.

Toto řešení samozřejmě není ojedinělé. Pokud bude vaše osvětlovací struktura použita v chladné suterénní místnosti, můžete si vzít menší plochu, ale ujistěte se, že teplota LED je v normálních mezích.

Předchozí generace LED se cítily pohodlně při teplotě krystalu 50-70 stupňů, nové LED snesou teploty až 100 stupňů. Nejjednodušší způsob, jak to zjistit, je dotknout se ho rukou, pokud to vaše ruka sotva snese, je vše v pořádku, ale pokud vás krystal může popálit, rozhodněte se zlepšit jeho pracovní podmínky.

Vypočítáme plochu

Řekněme, že máme 3W lampu. Plocha zářiče pro 3W LED bude podle výše popsaného pravidla rovna 70-100cm2. Na první pohled se může zdát velký.

Ale zvažme výpočet plochy radiátoru pro LED. U plochého radiátoru se plocha vypočítá takto:

a * b * 2 = S

Kde A,b– délka stran desky, S– celková plocha radiátoru.

Kde se vzal koeficient 2? Faktem je, že takový radiátor má dvě strany a teplo odevzdávají rovnoměrně životní prostředí, proto se celková užitná plocha radiátoru rovná ploše každé jeho strany. Tito. v našem případě potřebujeme talíř o rozměrech strany 5*10cm.

U žebrového radiátoru se celková plocha rovná ploše základny a plochám každého z žeber.

DIY chlazení

Nejjednodušším příkladem radiátoru je „slunce“ vyříznuté z plechu nebo hliníkového plechu. Takový radiátor dokáže chladit 1-3W LED. Zkroucením dvou takových listů k sobě pomocí teplovodivé pasty můžete zvětšit plochu přenosu tepla.

Jedná se o banální radiátor vyrobený z improvizovaných prostředků, který se ukazuje jako docela tenký a nelze jej použít pro vážnější lampy.

Tímto způsobem nebude možné vyrobit radiátor pro 10W LED vlastníma rukama. Pro takto výkonné světelné zdroje tedy můžete použít zářič z centrálního procesoru počítače.

Pokud necháte chladič, aktivní chlazení LED vám umožní použít výkonnější LED. Toto řešení bude vytvářet další hluk z ventilátoru a vyžadovat další napájení plus pravidelnou údržbu chladiče.

Plocha zářiče pro 10W LED bude poměrně velká - cca 300cm2. Dobré rozhodnutí bude použití hotových hliníkových výrobků. Hliníkový profil můžete zakoupit v železářství nebo železářství a použít jej k chlazení vysoce výkonných LED.

Sestavením potřebné plochy z takových profilů dosáhnete dobrého chlazení, nezapomeňte všechny spoje potřít alespoň tenkou vrstvou teplovodivé pasty. Za zmínku stojí, že existuje speciální profil pro chlazení, který se komerčně vyrábí v široké škále typů.

Pokud nemáte možnost vyrobit si LED chladič vlastníma rukama, můžete hledat vhodné kopie ve starém elektronickém zařízení, dokonce i v počítači. Na základní deska Nachází se jich několik. Jsou potřebné pro chlazení čipsetů a vypínače silových obvodů. Vynikající příklad takového řešení je zobrazen na fotografii níže. Jejich plocha je obvykle od 20 do 60 cm2. Což umožňuje chladit 1-3W LED.

Další zajímavá možnost výroba radiátoru z hliníkových plechů. Tato metoda vám umožní získat téměř jakoukoli požadovanou chladicí plochu. Podívejte se na video:

Jak opravit LED

Existují dva hlavní způsoby upevnění, uvažujme oba.

První způsob- je to mechanické. Spočívá v přišroubování LED samořeznými šrouby nebo jinými upevňovacími prvky k radiátoru, k tomu potřebujete speciální substrát typu „hvězda“ (viz hvězda). K ní je připájena dioda předem namazaná teplovodivou pastou.

Na „břichu“ LED je speciální kontaktní ploška o průměru tenké cigarety. Poté jsou k tomuto substrátu připájeny napájecí vodiče a je přišroubován k radiátoru. Některé LED se prodávají již namontované na adaptérové ​​desce, jako na fotografii.

Druhý způsob- je to lepidlo. Je vhodný pro montáž přes desku nebo bez ní. Ale není vždy možné připevnit kov na kov, jak přilepit LED k radiátoru? K tomu je třeba zakoupit speciální tepelně vodivé lepidlo. Lze jej nalézt jak v železářstvích, tak v prodejnách rádiových dílů.

Výsledek takového upevnění vypadá takto:

závěry

Jak vidíte, radiátor pro LED najdete jak v obchodě, tak při prohrabování se ve starých zařízeních nebo prostě v depozitech nejrůznějších drobností. Není nutné používat speciální chlazení.

Plocha radiátoru závisí na řadě podmínek, jako je vlhkost, okolní teplota a materiál radiátoru, ale ty jsou v domácích řešeních opomíjeny.

Vždy dávejte Speciální pozornost kontrola teplotních podmínek vašich zařízení. Zajistíte tak jejich spolehlivost a životnost. Teplotu můžete určit ručně, ale je lepší zakoupit multimetr s možností měření.

Existují přibližné údaje od tchajwanských specialistů na hliníkové žebrové radiátory:

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

Tyto údaje jsou pro pasivní chlazení.

Ale tyto údaje byly vypočteny pro ně klimatické podmínky a přesto jsou přibližné, protože hodnoty nejsou přesné, je rozdíl v oblasti.

Pro výpočet potřebujete znát následující parametry:

1. Musíte pochopit, jaký typ radiátoru budete používat:

talíř, čep, žebrovaný

• Lamelový

• špendlík (jehla)

• Žebrovaný

2. Také je třeba vzít v úvahu materiál, ze kterého je radiátor vyroben. Nejčastěji je to měď nebo hliník, ale v Nedávno Objevili se i hybridi.

Hybridy mají zabudovanou měděnou desku, která je v kontaktu s pracovním prvkem (prvek, který vyžaduje chlazení, v tomto případě LED), dále hliník.

3. Radiátor se nepočítá podle plochy povrchu, ale podle užitná plocha disperze.

4. Dalším faktorem je, jak se teplo odvádí z pracovního tělesa do radiátoru, tzn. se aplikuje tepelná pasta nebo tepelná páska, nebo se jednoduše připájejí.

5. Bude užitečné znát odpor krystalu - těla LED

6. Bude dodatečné chlazení chladičem a jaký druh chlazení to bude:

• Použití chladiče (malého ventilátoru):

• Vodní chlazení:

Rozhodně vodní chlazení bude účinnější než jen chladič, ale chlazení s ním v závislosti na výkonu umožní 3-5x zmenšit plochu chladiče. Ale s vodou mohou nastat další problémy, jako jsou například netěsnosti systému.

7. Dále je nutné počítat s dodávaným výkonem, tzn. pokud LED pracuje na maximum svých schopností, bude potřebovat více chlazení, přebytečný výkon se zcela změní na teplo, ale pokud se zátěž sníží řekněme o polovinu, bude přehřívání mnohem nižší.

Měli byste také zvážit umístění zařízení uvnitř nebo venku, kde bude používáno.

Na internetu je také experimentálně získaný vzorec, který může být užitečný:

Chladič S = (22-(M x 1,5)) x W
S – oblast chladiče (chladiče).
W – dodávaný výkon ve wattech
M – zbývající nevyužité napájení LED

S výslednou plochou není zapotřebí žádné další chladicí zařízení chladiče, které se přirozeně vyskytuje a zajistí dobrý odvod tepla za jakýchkoli podmínek.
Vzorec platí pro hliníkový radiátor. U mědi se plocha zmenší téměř 2krát.

Tepelná vodivost ve W/m * °C různých materiálů

stříbro - 407

zlato - 308

hliník - 209

mosaz - 111

platina - 70

šedá litina - 50

bronz - 47-58

Je známo, že životnost LED přímo závisí na kvalitě materiálu použitého v polovodiči a také na poměru proudu zařízení k množství generovaného tepla. Světelný výkon postupně klesá a po dosažení poloviny původní hodnoty se začne snižovat životnost LED. Provozní životnost zařízení může být až 100 000 hodin, ale pouze v případě, že není vystaveno vysokým teplotám.

K chlazení zařízení, která generují teplo, používá rádiová elektronika zařízení, jako je radiátor pro LED. Odvod tepla z jednotek do atmosféry se dosahuje dvěma způsoby.

První způsob chlazení LED

Tato metoda je založena na vyzařování tepelných vln do atmosféry, neboli tepelné konvekci. Metoda patří do kategorie pasivního chlazení. Část energie vstupuje do atmosféry sálavým infračerveným proudem a část odchází cirkulací ohřátého vzduchu z radiátoru.

Mezi LED technologií se nejvíce rozšířily pasivní chladicí okruhy. Nemá otočné mechanismy a nevyžaduje pravidelnou údržbu.

Mezi nevýhody tohoto systému patří nutnost instalace velkého chladiče. Jeho hmotnost je poměrně velká a jeho cena je vysoká.

Druhá metoda

Říká se tomu turbulentní konvekce. Tato metoda je aktivní. Tento systém využívá ventilátory nebo jiná mechanická zařízení, která mohou vytvářet proudění vzduchu.

Metoda aktivního chlazení má vyšší úroveň výkonu než metoda pasivní. Ale nepříznivě počasí, přítomnost velkého množství prachu, zejména v otevřeném prostoru, neumožňuje instalaci takových obvodů všude.

Výroba radiátorů

Při výběru materiálu byste se měli řídit následujícími pravidly:

• Indikátor tepelné vodivosti musí být alespoň 5-10 W. Materiály s nižším hodnocením nemohou předat veškeré teplo, které vzduch přijímá.
• Úroveň tepelné vodivosti nad 10 W bude technicky nadměrná, což bude znamenat zbytečné finanční náklady bez zvýšení účinnosti zařízení.

Způsoby připojení LED k radiátoru

LED diody jsou k zařízení připojeny dvěma způsoby:

• mechanické;
• lepení.

LED přilepte tepelným lepidlem. Za tímto účelem se na kovový povrch nanese trochu lepidla a poté se na něj umístí LED. Pro získání dobré spojení LED se přitlačuje závažím, dokud lepidlo úplně nezaschne. Ale většina řemeslníků dává přednost použití mechanické metody.

V současné době se vyrábí speciální panely, přes které je možné v co nejkratším čase osadit diodu. Některé modely poskytují další svorky pro sekundární optiku. Instalace je velmi jednoduchá. Na radiátor je instalována LED, poté je na ni instalován panel, který je připevněn k základně pomocí samořezných šroubů.

Závěr

Chladič pro LED Vysoká kvalita se stal klíčem k dlouhé životnosti zařízení. Při výběru zařízení byste proto měli být velmi opatrní. Je lepší uchýlit se k použití továrních výměníků tepla. Jsou k dostání v prodejnách rádií. Náklady na zařízení jsou vysoké, ale instalace LED na nich je snadná a ochrana se vyznačuje kvalitou a spolehlivostí.