Самодельный радиатор для светодиодной матрицы 50 ватт

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

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 импульсный блок питания своими руками.

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 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 Таблица – Сравнение теплопроводности различных материалов

Материал	Теплопроводность, Вт/м.К
Алюминий	120-240
Медь	401
Керамика	15-40; 100-200
Теплорассеивающие пластмассы	1 – 40
Термопаста	0,1 – 10

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.

Линзы для светодиодов в прожекторах

Большинство линз выпускают из прочного стекла наивысшего качества. По большей части их устанавливают в прожекторы или светильники уличного освещения, промышленные источники света.

Основа любой линзы — боросиликатный материал, способный по своему составу придавать прочностные характеристики и придавать изделию высокий показатель прозрачности. В магазинах большой популярностью пользуются линзы с круговой и косинусной диаграммой.

Любой светодиод имеет первоначальную оптику с углом излучения 120 градусов. Нам не всегда нужен такой угол. Как правило, диодные прожекторы освещают только определенный участок помещения. Для изменения угла рассеивания производители используют в устройстве прожекторов коллиматорные и фокусирующие линзы, френелевские преломители и т.п.

Используя колиматоры мы получаем разнообразные пучки света. Наиболее распространенные линзы на 15, 30, 45, 60, 90 градусов. Менее распространены линзы на 126 градусов, позволяющие расширить угол излучения светодиода. Еще раз повторюсь… Коллиматорная вторичная оптика нашла широкое применение в прожекторах с мощными светодиодами.

Широкое применение получили фокусирующих линз в устройствах на COB светодиодах.

Принцип работы фокусирующих линз

1 из 2

Как рассчитать площадь?

Применяют 2 способа вычисления параметра:

• проектный, при котором определяют геометрические размеры конструкции при требуемом температурном режиме;
• проверочный, предполагающий выполнение расчетов в обратной последовательности (при данных размерах радиатора вычисляют количество тепла, которое конструкция способна рассеивать).

Точный расчет

Около 70% потребляемой мощности преобразуется в тепло. При расчете параметров радиатора нужно знать количество рассеиваемой энергии.

Для его вычисления применяют формулу Т=k*UПР*IПР, где:

• PТ – преобразующаяся в тепло мощность (Вт);
• UПР – снижение напряжения при прохождении номинального тока по светодиоду (В);
• k – процент энергии, превращающейся в тепло (для мощных приборов составляет 0,7-0,8);
• IПР – номинальный ток (А).

На следующем этапе рассчитывают количество препятствий, находящихся на пути теплового потока. Каждый из таких объектов является сопротивлением, обозначаемым символами Rθ.

Систему охлаждения представляют как схему из параллельно-последовательного включения Rθja= Rθjc+ Rθcs+ Rθsa, где:

• Rθjc – сопротивление корпус-переход;
• Rθsa – радиатор-воздух;
• Rθcs – корпус-теплоотвод.

Если диод монтируется на печатную плату с использованием термопасты, их сопротивления также учитывают. Для вычисления значения Rθsa последовательно используют несколько формул.

Сначала – Rθja=(Tj-Ta)/Pт, где

• Rθja – сопротивление переход-воздух;
• Tj – наибольшая температура (справочное значение);
• Ta – показатель нагрева расположенных возле радиатора областей.

На втором этапе применяют формулу Rθsa= Rθja-Rθjc-Rθcs, где Rθjc и Rθcs – справочные величины. По рассчитанному Rθsa выбирают радиатор. Заявленный производителем параметр должен быть меньше полученного.

Приблизительный

Некоторые домашние мастера применяют радиаторы, извлеченные из старых электронных устройств. Для подсчета рассеиваемой такими деталями энергии используют формулу, не отличающуюся высокой точностью вычислений: Rθsa=50/√S, где S – площадь поверхности радиатора. Подставляя значение, полученное с учетом ребер и боковых граней, рассчитывают тепловое сопротивление.

Максимальную мощность вычисляют по формуле Pт=(Tj-Ta)/Rja. При расчете не учитывают множество факторов, отражающихся на работе системы охлаждения, – температурный режим светодиодов, направление ребер радиатора. Поэтому полученное значение умножают на 0,7.

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.

Первый метод

Подсчет площади проводится по формуле F = а х Сх (T1 – T2), где Ф является тепловым потоком, а S – площадью поверхности радиатора (сумма площадей всех ребер или иголок и подложки в кв. м), T1 — показателем температуры среды, отводящей тепло, а T2 — температуры нагретой поверхности.

Производя подсчет площади, следует обратить внимание и на то, что ребро или же пластина обладает двумя поверхностями для отвода тепла. Расчет поверхности иглы производится по длине окружности (π х D), умноженной на показатель высоты

Расчет поверхности иглы производится по длине окружности (π х D), умноженной на показатель высоты.

Для поверхностей, не подвергшихся полировке, коэффициентом теплоотдачи является показатель, равный 6-8 Вт/(м2·К).

Неисправности, связанные с воздействием высоких температур

Температура кристалла, определяющая параметры светового потока, цвет излучения и напряжение прямого смещения светодиода, зависит от температуры окружающей среды и нагрева протекающим электрическим током.

Световой поток Ф как функция температуры рассчитывается по следующей формуле:

Фv(Tj) = Фv(T2)e-kΔTj, (1)

Фv(T1) = Фv(T2)e-kΔTj,

где T1 — световой поток при Tj 1; T2 — световой поток при Tj 2; k — температурный коэффициент; ΔT — разность температур Tj (T2–T1).

Пример старения в результате повышения температуры приведен на рис. 1. Кривая показывает, что при росте температуры с 25 до 75 °C световой поток уменьшается почти вдвое.

Рис. 1. Зависимость светового потока от окружающей температуры для красного светодиода при неизменном токе (по документам, предоставленным компанией Lumileds)

Известные формулы теплотехники и экспериментальные наблюдения за регулированием температурных режимов позволили глубже понять механизм потерь мощности излучения, обусловленных разностью температур:

Rthja = (Tj–Ta)/P = ΔTj–Ta)–Ta)/P = ΔTja/P, (2)

где Tj = ΔTj+T; Rthja — потери, обусловленные разностью температур между переходом и окружающей средой; Tj — температура p-n-перехода; Ta — температура окружающей среды; P — полная мощность светодиода (If×Vf).

На практике фактическое значение температуры p-n-перехода рассчитывается следующим образом:

Tj = Rthja×P+Ta

Проверяем драйвер

Ремонт светодиодных прожекторов должен проводиться с использованием современного оборудования и качественного инструмента. Чтобы осуществить проверку работы драйвера, потребуется убедиться, что на него подается электрическое питание 220 В. После этого, потребуется решить, что не работает. Здесь два варианта, первое — неисправность заключается в LED-драйвере. Второй вариант, поломка LED-матрицы. Необходимо сказать, что определение «драйвер» по своей основной сути — это определенный маркетинговый ход производителя, которым обозначается источник тока. Этот источник применяется для определенного устройства, которое рассчитано по току и значениям мощности.

Ремонт светодиодного прожектора своими руками возможно осуществить при относительно несложных неисправностях. Чтобы осуществить проверку драйвера без подключенного светодиода, потребуется подать на его вход напряжение в 220В. После этого, на выходе, при исправном узле, должно возникнуть постоянное напряжение, которое будет по значению больше, чем допустимый предел указанный на самом блоке.

К примеру, когда на блоке установленного драйвера указано напряжение 28 В, тогда при осуществлении действий по его включении «вхолостую», показатели напряжения на выходе будут составлять ориентировочно 40 В. Это объясняется принципом функционирования схемы. Для полного восстановления ремонтируете драйвера светодиодного устройства с использованием качественных элементов, что в заметной степени увеличит показатели срока службы и эффективность оборудования.

Принципиальная схема самодельного прожектора на светодиодах.

Но, представленный способ проверку, не дает 100% гарантии такого факта, что он исправно работает. В некоторых случаях, может потребоваться отремонтировать ЛЕД прожекторов своими руками. Следует отметить, что иногда бывают рабочие блоки драйвера, которые при «холостом» включении, могут показывать различные параметры. Это не всегда указывает на неисправность узла, потому как у разных производителей свои схемы по которым могут работать. Этот момент в обязательном порядке требуется учитывать и полностью понимать, если вам необходимо проверить драйвер. Если мигает светодиодный прожектор или моргает, тогда это может указывать на недостаток питания, поэтому первым делом, следует проверить электрическое питание на выходе. Это делается в самую первую очередь, что позволяет сэкономить время на выполнение указанных мероприятий.

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.

Что нужно знать при работе со светодиодами?

• Различия ламп накаливания и светодиодов довольно существенны. Они имеют две ножки (“+” и “-”), что делает их чувствительными к полярности, а также работают от постоянного напряжения.
• Расчет схемы со светодиодами должен включать в себя не только измерение напряжения, но также вычисление силы тока. Теоретически, напряжение может быть каким угодно, если при этом будет стабилизирована необходимая сила тока.
• Любые потребители электроэнергии имеют тенденцию нагреваться, но в случае светодиодов необходимо обеспечить систему охлаждения.

Производя расчет будущего устройства, нужно учитывать, что только 1/3 указанной мощности светодиода будет преобразована в световой поток (3-3,5 из 10w). Оставшаяся часть, к сожалению, перейдет в разряд тепловых потерь. Это число можно несколько понизить, используя радиатор.

Не стоит забывать также о том, что многократное перегревание светодиода в несколько раз уменьшает его время эксплуатации, которое может насчитывать десятки, а то и сотни тысяч часов для различных моделей и конструкций. Чтобы ресурсы не расходовались зря, схемы с использованием светодиодов должны включать в свою конфигурацию систему охлаждения основных элементов.

На сегодняшний день можно выделить 3 основных способа отведения тепла:

через корпус устройства (не всегда реализуемо);
через саму печатную плату (через её вспомогательные компоненты или дорожки, по которым проходит ток);
через радиатор (можно припаять или приклеить на светодиоды или на плату, важно правильно подобрать его площадь).

Именно последний способ считается наиболее эффективным. При этом на работу самого радиатора влияет в основном количество и форма ребер.

Зачем нужно охлаждать светодиод

Мнение о том, что светодиод не нагревается ошибочно. Оно строится на том, что прикасаясь к такому маломощному прибору, не чувствуешь тепла. Согласно, закона сохранения энергии: энергия не появляется из ничего и не пропадает бесследно, а преобразуется из одного вида в другой. Светодиоды, как твердотельные источники света, излучают видимую часть спектра и выделяют при этом тепло. Вследствие термоэлектрических явлений, происходящих в полупроводниковых светодиодах, выделяется тепло. В прямой зависимости от температуры нагрева светодиодов меняются его показатели и характеристики. Такая сильная зависимость показателей от температуры приводит к тому, что:

Рис. 1. График зависимости показателя относительного светового потока от температуры перехода (светодиод MKR)

• полупроводниковый переход при нагреве светодиодного кристалла деградирует, и он быстро изнашивается, а срок эксплуатации снижается;
• тепловой рубеж у светодиодов, после которого наступает пробой, достигается после повышения температуры до 150°С. В зависимости от применяемых материалов, изменяется количество светового потока и срока износа;
• постепенно уменьшается количество светового потока, что отражают кривые зависимости, изображенные на Рис.1;
• с изменением температуры меняется и величина прямого падения напряжения на светодиоде. При нагреве источника света увеличивается показатель прямого падения напряжения. На графиках кривыми изображается такая зависимость.

Перечисленные выше причины являются серьезным поводом, чтобы обеспечить отвод тепла от светодиодного прибора.

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.

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.

Ремонт прожектора

Ремонт заключался в демонтаже перегоревшей матрицы и неисправного драйвера и установки современной светодиодной матрицы с встроенным драйвером, и дополнительной схемы выпрямительного моста с электролитическим конденсатором в корпус прожектора.

Установка LED матрицы

Для того чтобы добраться до матрицы необходимо снять защитное стекло и рефлектор, для чего понадобилось открутить четыре винта.

Для удаления матрицы нужно отпаять или откусить бокорезами провода и открутить еще четыре винта. Кода матрица была снята, то стало ясно, почему она сгорела. Теплопроводящая паста покрывала ее подложку не по всей поверхности.

В дополнение, место установки было окрашено, и еще вокруг крепежных резьбовых отверстий имелись выступающие площадки, как и вокруг непонятных прямоугольных углублений. Налицо конструкторская недоработка и небрежная сборка производителем прожектора.

Сгоревшая матрица имела размеры 20×20 мм, а устанавливаемая – 40×60 мм, поэтому пришлось делать новые крепежные отверстия. При разметке еще пришлось сдвинуть матрицу относительно центральной оси, чтобы крепежные отверстия не попали в теплоотводящие ребра корпуса. В дополнение также надо было оставить одно из двух отверстий для прокладки проводов. Сверлить новое отверстие для проводов не хотелось, так как штатное герметично соединялось с задней частью прожектора.

После разметки было просверлено четыре отверстия диаметром 2 мм и затем в них нарезана резьба метчиком М2,5.

Примерка показала, что все сделанные отверстия точно совпали с крепежными отверстиями матрицы. Если бы немного промахнулся, то отверстия в матрице можно пропилить с помощью надфиля. Рядом с ними нет токоведущих дорожек и элементов.

На следующем шаге с помощью наждачной бумаги средней зернистости необходимо подготовить теплоотводящую поверхность, сняв краску и удалив выступающие бугры.

После десяти минут работы поверхность стала идеально ровной и готовой для крепления матрицы. Оставшиеся крепежные отверстия имеют небольшую площадь и на отвод тепла влиять практически не будут.

Для хорошего теплового контакта подложки матрицы с алюминиевым корпусом прожектора, который одновременно является и радиатором, место их соединения необходимо покрыть тонким слоем специальной теплопроводящей пасты. Размазывать пасту удобно с помощью банковской карты или визитки. Паста продается в магазинах компьютерной техники, можно заказать на Алиэкспресс при покупке матрицы.

Матрица закреплена в корпусе с помощью винтов М2,5 с плоскими шайбами для увеличения площади прижатия. Залудить контактные площадки матрицы и припаять провода лучше перед установкой. Провода я использовал с двойной изоляцией, но для надежности целесообразно использовать специальный термостойкий провод. У меня такого достаточной длины под руками не оказалось.

Рефлектор прожектора имел отверстие для светового потока матрицы недостаточного размера, пришлось его после разметки дорабатывать.

Для этого с помощью мини дрели и наждачного диска рефлектор был пропилен по граням. Края загнуты плоскогубцами, и лишний металл отрезан ножницами.

На фотографии показан результат работы по установке LED матрицы с драйвером на подложке. Вся ее светоизлучающая поверхность открыта для светового потока.

Установка в прожектор диодного моста и конденсатора

Печатную плату ради монтажа шести радиоэлементов изготавливать не стал, тем более, что в наличии была подходящая плата от драйвера светодиодной лампы. Выпаял из нее лишние элементы, впаял предохранитель и токоограничивающий резистор.

Провода, идущие от светодиодной матрицы, были припаяны непосредственно к выводам конденсатора, а его выводы уже к плате. Один из проводов сетевого шнура был припаян к плате, а второй на вывод включателя, а с него уже к плате.

Для изоляции печатной платы была использована укороченная упаковка от драже Тик-Так. Идеально подошла по размерам. Под сетевой шнур в упаковке была сделана прорезь.

Светодиодный прожектор отремонтирован без использования драйвера, и можно приступать к его испытаниям. При первом включении он не засветил. Оказалось, что установленный предохранитель на ток защиты 1 А не выдержал пускового тока зарядки конденсатора и перегорел.

Величину токоограничивающего сопротивления увеличивать не хотелось, поэтому пришлось установить предохранитель на 2 А. При многократном включении, выключении и длительной работе прожектор светил безотказно. Корпус нагревался незначительно.

Что влияет на яркость ленты

Насколько яркой будет светодиодная лента при подключении к источнику питания, влияет несколько факторов:

1. Габариты лед-кристалла.
2. Плотность расположения светодиодов.
3. Честность производителя.

Существует несколько типоразмеров лэд-элементов, применяемых в самых ярких моделях светодиодных лент, и все они различаются по светимости:

1. Уровень яркости – не более 5 Лм. Применяются, как правило, в качестве дополнительного освещения, например, для декора потолка, шкафа-купе или рабочей площади стола.
2. 5050, 5055, 5060. Уровень светимости у таких лед-кристаллов достигает порядка 15 Лм, чего уже достаточно, чтобы использовать светодиодные полоски на их основе, как самостоятельные светильники. Мотка изделия достаточно на 7-9 кв. метров помещения.
3. Показатель яркости достигает значения почти в 30 люмен. Кроме того, поток света, создаваемый лентой на их основе, отличается узконаправленностью и большей мощностью. 5-метровый рулон расходуется на 11-13 м2 комнаты.
4. 5630 или 5730. Диоды этого типа отличаются самым ярким показателем светимости – до 75 Лм. Светодиодные ленты на их основе служат основным источником освещения в местах с просторным помещением – магазинах, выставках, залах.

Популярные статьи Мастер-класс открытка скрапбукинг новый год ассамбляж старые джинсы — великая вещь

Показатель плотности размещения диодов также влияет на уровень яркости светодиодной ленты. Например, изделия на базе лед-кристаллов 3528 степень светимости варьируется в следующих соответствующих пределах (количество лед – светимость в люменах):

1. 60 – 300.
2. 120 – 600.
3. 240 – 1200.

Как уже отмечалось, далеко не все производители идут честным путем, но пытаются сэкономить на комплектующих путем уменьшения или замены основных компонентов. При одинаковых внешних характеристиках и цене подделка будет отличаться в худшую сторону от оригинала яркостью, сроком службы и общим эксплуатационным качеством.

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