Мощный светодиодный светильник на керамическом радиаторе

Термоклей для светодиодов – алюминиевый радиатор своими руками

Устройство и принципы функционирования радиатора для светодиодов. Правила выбора материала и площади детали. Делаем радиатор своими руками легко и быстро.

Распространенное мнение, что светодиоды не нагреваются – заблуждение. Возникло оно потому, что маломощные светодиоды на ощупь не горячие. Все дело в то, что они оснащены отводчиками тепла – радиаторами.

Принцип действия теплоотвода

Главным потребителем тепла, выделяемого светодиодом, является окружающий воздух. Его холодные частицы подходят к нагретой поверхности теплообменника (радиатора), нагреваются и устремляются вверх, освобождая место новым холодным массам.

При столкновении с другими молекулами происходит распределение (рассеивание) тепла. Чем больше площадь поверхности радиатора, тем интенсивнее он передаст тепло от светодиода воздуху.

Подробнее о принципах работы светодиодов читайте здесь.

Количество поглощенного воздушной массой тепла с единицы площади не зависит от материала радиатора: эффективность естественного «теплового насоса» ограничено его физическими свойствами.

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.

Теплопроводность выше 10 Вт будет технически избыточной, что повлечет за собой неоправданные финансовые затраты без увеличения эффективности радиатора.

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 встречаются чаще всего: они хорошо прессуются и вполне сносно справляется с отводом тепла.

Радиатор для светодиода 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.

Радиатор из меди для диодов

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.

Керамический радиатор на LED-лампе

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.

Термопластичный радиатор на LED-лампе

Таблица – Сравнение теплопроводности различных материалов

МатериалТеплопроводность, Вт/м.К
Алюминий120-240
Медь401
Керамика15-40; 100-200
Теплорассеивающие пластмассы1 – 40
Термопаста0,1 – 10

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.

Игольчитые радиаторы для 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.

Ребристый радиатор на LED-лампе

Обратите внимание на расстояние между пластинами (или иглами): если оно составляет 4 мм – изделие предназначено для естественного отвода тепла, если зазор между элементами радиатора всего 2 мм – его необходимо комплектовать вентилятором.

Оба типа радиаторов в поперечном сечении могут быть квадратными, прямоугольными или круглыми.

Рекомендуем Вам также ознакомиться с электромагнитным устройством – дроссель для ламп.

Расчет площади радиатора

Методики точного расчета параметров радиатора предполагают учет множество факторов:

  • параметры окружающего воздуха;
  • площадь рассеивания;
  • конфигурацию радиатора;
  • свойства материала, из которого изготовлен теплообменник.

Но все эти тонкости нужны для проектировщика, разрабатывающего теплоотвод. Радиолюбители чаще всего используют старые радиаторы, взятые из отслужившей свой срок радиоаппаратуры. Все, что им надо знать – какова максимальная рассеиваемая мощность теплообменника.

Подсчитать этот параметр можно по формуле:

Ф = а х Sх (Т1 – Т2), где

  • Ф – тепловой поток (Вт);
  • S – площадь поверхности радиатора (сумма площадей всех ребер или иголок и подложки в кв. м). Подсчитывая площадь, следует иметь в виду, что ребро или пластина имеет две поверхности отвода тепла. То есть площадь теплоотвода прямоугольника площадью 1 см2 составит 2 см2. Поверхность иглы рассчитывается как длина окружности (π х D), умноженная на ее высоту;
  • Т1 – температура теплоотводящей среды (граничной), К;
  • Т2 – температура нагретой поверхности, К;
  • а – коэффициент теплоотдачи. Для неполированных поверхностей принимается равным 6-8 Вт/(м2К).
Читайте также:
Простой способ установки рулонных штор на пластиковые окна

Есть еще одна упрощенная формула, полученная экспериментальным путем, по которой можно рассчитать необходимую площадь радиатора:

S = [22 – (M x 1.5)] x W, где

  • S – площадь теплообменника;
  • W – подведенная мощность (Вт);
  • M – незадействованная мощность светодиода.

Для ребристых радиаторов, изготовленных из алюминия, можно воспользоваться примерными данными, представленными тайваньскими специалистами:

  • 1 Вт – от 10 до 15 см2;
  • 3 Вт – от 30 до 50 см2;
  • 10 Вт – около 1000 см2;
  • 60 Вт – от 7000 до 73000 см2.

Однако следует учесть, что вышеприведенные данные неточные, так как они указываются в диапазонах с достаточно большим разбегом. К тому же определены данные величины для климата Тайваня. Их можно использовать только для проведения предварительных расчетов.

Получить наиболее достоверный ответ об оптимальном способе расчета площади радиатора можно на следующем видео:

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.

Рекомендуем Вам также более подробно прочитать про изготовление диммера своими руками.

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.

Радиатор из алюминия своими руками

Вариант 2

Радиатор для светодиода можно изготовить своими руками из куска трубы прямоугольного сечения и алюминиевого профиля.

  • 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.

Светодиоды приклеиваются к трубе – основанию радиатора – при помощи термоклея.

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.

Для получения прочного соединения светодиод необходимо на несколько часов придавить небольшим грузом – до полого высыхания клея.

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 лампой для рассады своими руками.

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.

Радиаторы для светодиодов: расчет площади, выбор материала, изготовление своими руками

Заявленный срок службы светодиодов исчисляется десятками тысяч часов. Чтобы достичь столь высокого показателя, не ухудшив при этом оптические характеристики, мощные светодиоды необходимо использовать в паре с радиатором. Данная статья позволит читателю найти ответы на вопросы, связанные с расчётом и выбором радиатора, их модификациями и факторами, влияющими на отвод тепла.

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.

Читайте также:
Самые эффективные способы расщепления жира в выгребной яме

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.

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

алюминиевый радиатор

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

медный радиатор

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

лампа с керамическим радиатором

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.

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.

система SynJet

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.

Расчет площади радиатора

Существуют два метода расчёта радиатора для светодиода:

  • проектный, суть которого состоит в определении геометрических размеров конструкции при заданном температурном режиме;
  • поверочный, который предполагает действовать в обратной последовательности, то есть при известных параметрах радиатора можно рассчитать максимальное количество теплоты, которую он способен эффективно рассеивать.

Применение того или иного варианта зависит от имеющихся исходных данных. В любом случае точный расчёт – это сложная математическая задача с множеством параметров. Кроме умения пользоваться справочной литературой, брать необходимые данные из графиков и подставлять их в соответствующие формулы, следует учитывать конфигурацию стержней или рёбер радиатора, их направленность, а также влияние внешних факторов. Также стоит учитывать и качество самих светодиодов. Зачастую в светодиодах китайского производства реальные характеристики расходятся с заявленными.

Точный расчёт

Прежде чем перейти к формулам и расчётам, необходимо ознакомиться с основными терминами в области распространения тепловой энергии. Теплопроводность представляет собой процесс передачи тепловой энергии от более нагретого физического тела к менее нагретому. Количественно теплопроводность выражается в виде коэффициента, который показывает, сколько теплоты способен передать материал через единицу площади при изменении температуры на 1°K. В светодиодных светильниках все части, задействованные в обмене энергии, должны обладать высокой теплопроводностью. В частности это касается передачи энергии от кристалла к корпусу, а затем к радиатору и воздуху.

Читайте также:
Перила бетонной лестницы: виды, материалы и установка

Конвекция – тоже процесс передачи тепла, который происходит за счёт движения молекул жидкостей и газов. Применительно к светодиодным светильникам принято рассматривать обмен энергией между радиатором и воздухом. Это может быть естественная конвекция, происходящая за счет естественного перемещения воздушного потока, или принудительная, организованная за счёт установки вентилятора.

В начале статьи указывалось, что около 70% потребляемой светодиодом мощности расходуется в тепло. Чтобы рассчитать радиатор для светодиодов, необходимо знать точное количество рассеиваемой энергии. Для этого воспользуемся формулой:

PТ – мощность, выделяемая в виде тепла, Вт;
k – коэффициент, учитывающий процент энергии, переходящей в тепло. Это величина для мощных светодиодов принимается равной 0,7-0,8;
UПР – прямое падение напряжения на светодиоде при протекании номинального тока, В;
IПР – номинальный ток, А.

Пришло время посчитать количество препятствий, расположенных на пути прохождения теплового потока от кристалла к воздуху. Каждое препятствие представляет собой тепловое сопротивление (termal resistance), обозначаемое символом (Rθ, градус/Вт). Для наглядности всю систему охлаждения представляют в виде схемы замещения из последовательно-параллельного включения тепловых сопротивлений

jc – тепловое сопротивление p-n-переход-корпус (junction-case);
cs – тепловое сопротивление корпус-радиатор (case-surfase radiator);
sa– тепловое сопротивление радиатор-воздух (surfase radiator-air).

Если предполагается устанавливать светодиод на печатную плату или использовать термопасту, то также нужно учесть их тепловые сопротивления. На практике значение Rθsa можно определить двумя способами.

ja – сопротивление p-n-переход-воздух;
Tj – максимальная температура p-n-перехода (справочный параметр), °C;
Ta – температура воздуха вблизи радиатора, °C.

Найти из графика «зависимость максимального теплового сопротивления от прямого тока».

По известному Rθsa выбирают стандартный радиатор. При этом паспортное значение теплового сопротивления должно быть немного меньше расчетного.

Приблизительная формула

Многие радиолюбители привыкли использовать в своих самоделках радиаторы, оставшиеся от старой электронной аппаратуры. При этом они не желают углубляться в сложные вычисления и покупать дорогие новинки импортного производства. Как правило, их интересует один только вопрос: «Какую мощность может рассеять имеющийся в наличии алюминиевый радиатор для светодиодов?»

Предлагаем воспользоваться простой эмпирической формулой, позволяющей получить приемлемый результат расчёта: Rθsa=50/√S, где S – площадь поверхности радиатора в см 2 .

Подставляя в данную формулу известное значение суммарной площади теплоотвода с учетом поверхности рёбер (стержней) и боковых граней, получаем его тепловое сопротивление.

Допустимую мощность рассеивания находим из формулы: Pт=(Tj-Ta)/Rθja.

Приведенный расчёт не учитывает много нюансов, влияющих на качество работы всей охлаждающей системы (направленность радиатора, температурные характеристики светодиода и пр.). Поэтому полученный результат рекомендуется умножать на коэффициент запаса – 0,7.

Радиатор для светодиода своими руками

самодельный радиатор

Сделать алюминиевый радиатор для светодиодов 1, 3 или 10 Вт своими руками несложно. Сначала рассмотрим простую конструкцию, на изготовление которой потребуется около полчаса времени и круглая пластина толщиною 1-3 мм. По окружности через каждые 5 мм делают надрезы к центру, а получившиеся сектора слегка загибают, чтобы готовая конструкция напоминала крыльчатку. Для крепления радиатора к корпусу в нескольких секторах делают отверстия. Немного сложнее сделать самодельный радиатор для 10 ваттного светодиода. Для этого понадобиться 1 метр алюминиевой полосы шириной 20 мм и толщиной 2 мм. Сначала полосу распиливают ножовкой на 8 равных частей, которые затем складывают стопкой, просверливают насквозь и стягивают болтом с гайкой. Одну из боковых граней шлифуют под крепление светодиодной матрицы. С помощью стамески полосы разгибают в разные стороны. В местах крепления светодиодного модуля сверлят отверстия. На отшлифованную поверхность наносят термоклей, сверху прикладывают матрицу, фиксируя её саморезами.

Дешевые теплоотводчики для любительских самооделок

Специально для радиолюбителей, которые любят экспериментировать с разными материалами для отвода тепла и при этом не хотят тратить деньги на дорогостоящие готовые изделия, дадим несколько рекомендаций по поиску и изготовлению радиаторов своими руками. Для охлаждения светодиодных лент и линеек прекрасно подойдёт мебельный профиль из алюминия. Это могут быть направляющие для шкафов-купе или кухонная фурнитура, остатки которой можно купить по себестоимости в мебельном магазине.

Для охлаждения светодиодных матриц 3-10 Вт подойдут радиаторы из советских магнитофонов и усилителей, которых более чем достаточно на радиорынках каждого города. Также можно использовать запчасти от старой оргтехники.

Самодельное охлаждение для 50 Вт светодиода можно сделать из радиатора от неисправной бензопилы, газонокосилки, распилив его на несколько частей. Купить такие запчасти можно в ремонтных мастерских по цене лома. Конечно, про эстетические качества светодиодного светильника в этом случае можно забыть.

Мощный светодиодный светильник на керамическом радиаторе

Виды радиаторов светодиодных ламп

Светодиодные лампы с радиатором охлаждения: виды радиаторов

Светодиодные лампы прочно вошли в нашу жизнь, практически полностью вытеснив лампы накаливания и энергосберегающие компактные люминесцентные лампы (КЛЛ). Можно предположить, что все дело в их экономичности, отличных технических характеристиках (таких как световой поток, CRI, угол рассеивания), а также в их продолжительном сроке службы.

Для чего нужен радиатор в светодиодной лампе

На срок службы изделия первоочередное влияние оказывает качество светодиодов, а также драйвер, правильная работа которого напрямую влияет на стабильность диодов. Однако в процессе эксплуатации светодиодной лампы её поверхность загрязняется, что негативно влияет на отвод производимого тепла. С течением времени появляется проблема перегрева, с которой связано уменьшение светоотдачи диодов вплоть до их выхода из строя. Чтобы этого избежать, повышают стабильность работы источников света. Для этого в конструкции каждого из них предусмотрен радиатор.

Читайте также:
Сколько сохнет лак для дерева?

Виды радиаторов

Радиатор – это конструктивный элемент, который служит для отвода и рассеивания тепла от светодиодов.

Светодиодные лампы с радиатором охлаждения

Светодиодные лампы с радиатором охлаждения бывают следующих видов:

  • с алюминиевым радиатором;
  • керамическим;
  • композитным;
  • пластиковым.
Светодиодные лампы с алюминиевым радиатором

Данные лампы относятся к стандарт- или high-классу. Алюминиевым радиатором в таких изделиях может быть как полоска металла, так и конструктивно более сложная алюминиевая база. Отсюда и разделение таких светильников на два вида:

  1. с ребристым радиатором;
  2. с плоским радиатором.
Светодиодные лампы с ребристым алюминиевым радиатором

Наиболее эффективно защищённые лампы, радиатор которых представлен в виде многослойной конструкции с вентиляционными каналами. За их счет увеличивается площадь рассеивания тепла, что существенно увеличивает срок службы светодиодов, а также препятствует их деградации со временем по причине перегрева.

светодиодные лампы с алюминиевым радиатором

Светодиодные лампы с алюминиевым радиатором

Лампы с плоским радиатором

Плоский радиатор менее эффективен, чем ребристый. Используется такой охлаждающий элемент в основном в лампах небольшой мощности. Часто для более эффективного отвода тепла он имеет вентиляционные каналы, а его поверхность для диэлектризации покрыта слоем специальной краски или лака.

Композитный радиатор

Светодиодные лампы с радиатором охлаждения из композитного материала отличаются в первую очередь демократичной ценой. В таких лампах элемент представляет собой двухслойную конструкцию из алюминиевой полосы, покрытой теплопроводящим пластиком. По причине своей низкой цены лампы с композитным радиатором являются наиболее широко представленными на рынке в сегменте эконом-класса. Фактическое наличие алюминиевого слоя позволяет производителям использовать маркетинговые уловки для повышения привлекательности своей продукции.

светодиодные лампы с радиатором охлаждения

Однако такие радиаторы не могут эффективно отводить тепло, поэтому гарантийный срок службы изделий с ними редко когда превышает 1 год.

Пластиковый радиатор

Самый простой вариант, правильнее назвать его имитацией радиатора. Элемент представляет собой корпус, выполненный из терморассеивающего пластика. Главные отличия таких ламп: низкая цена, короткий гарантийный срок, непродолжительный срок службы (10000-15000 часов). В лампах высокой мощности для повышения теплоотвода пластиковый радиатор выполняют с дополнительными массивными ребрами и вентиляционными отверстиями.

светодиодные лампы с радиатором охлаждения

Светодиодные лампы с плстиковым радиатором

Керамический радиатор

Светодиодные лампы с радиатором охлаждения из керамики отличает высокая теплостойкость, а диэлектрические свойства материала позволяют монтировать светодиодные модули прямо на поверхность такого радиатора. Наиболее распространенным видом лампы с керамическим радиатором без рассеивающей колбы является так называемая лампа-кукуруза.

светодиодные лампы с радиатором

Светодиодные лампы с керамическим радиатором охлаждения

Светодиодные лампы с каким радиатором охлаждения выбрать?

Из всего выше сказанного можно сделать вывод, что качество любой светодиодной лампы зависит в том числе и от качества радиатора, а точнее от материала, из которого тот выполнен. Наиболее надежными, с продолжительным реальным сроком службы считаются светодиодные лампы с алюминиевым радиатором охлаждения, а также с керамическим (в том случае, если такой источник света не будет иметь рассеивающей колбы). Пластиковым вариантам можно отдать предпочтение в том случае, если использоваться подобные лампы будут лишь эпизодически и непродолжительное время, например, в кладовках, подсобных помещениях.

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.

Самодельный радиатор 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 диода в точечный светильник

Установка LED с пассивным охлаждением в точечный светильник

Читайте также:
Расчет воздухообмена вентиляции в офисном помещении

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.

Виды радиаторов

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

Простой радиатор из жести

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.

Радиатор от ПК

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.

Алюминиевый профиль

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.

Профиль охлаждеия

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.

Мини радиаторы

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.

Led с готовой переходной пластиной

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.

Крепление led к радиатору клеем

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.

Читайте также:
Настильные потолки по стенам сруба

Тепловой менеджмент светодиодных уличных светильников

Известно, что сейчас существует два препятствия для внедрения светодиодов в общее освещение — цена и то, как организовать тепловой менеджмент для мощных источников света. Если цена — вопрос времени (светодиоды стремительно дешевеют), то вопрос отвода тепла не решается так просто.

Из-за того, что многие производители светодиодных светильников пренебрегают тепловым менеджментом выпускаемой ими продукции, заявляемые ими характеристики являются, мягко говоря, не достоверными. Такие светильники выходят из строя, не прослужив гарантированного производителем срока эксплуатации, в них обычно указывается срок службы светодиодов (который указывают производители светодиодов).

Сейчас прослеживается тенденция к увеличению электрической мощности светодиодных светильников, а, следовательно, растет и выделяемая тепловая мощность светодиодов и драйверов тока. При этом ужесточаются требования к самому светильнику (геометрия, габариты, масса и т.д.), поэтому создание светодиодного светильника по дизайнерским решениям невозможно, так как требуются комплексные инженерные расчеты и оптимизация параметров, в т.ч. и грамотный тепловой менеджмент.

Регулярно приходится наблюдать продавцов, предлагающих покупателям прикоснуться к радиатору: «Если радиатор не горячий, значит теплоотвод хороший». Это утверждение в корне не верно — температура светодиода на радиаторе зависит не только от температуры радиатора, но и теплового сопротивления между светодиодом и радиатором. Даже великолепный радиатор не спасет светодиод, если не будет хорошего теплового контакта между алюминиевой печатной платой и корпусом-радиатором. Условно надежный контакт между платой со светодиодами и радиатором может обеспечить теплопроводящая паста, которой заполняются воздушные промежутки между платой и радиатором. При этом количество теплопроводящей пасты должно быть минимально.

Тепловой менеджмент: последовательность расчета

В основе любой тепловой модели лежит понятие теплового сопротивления. Передача тепла осуществляется от тела с большей температурой к телу с меньшей температурой, тепловое сопротивление определяется как отношение разности температур тел к мощности, рассеянной нагретым телом.

Такая модель очень удобна тем, что тепловыми сопротивлениями можно оперировать точно так же, как электрическими.
Основными исходными данными при решении задач теплового менеджмента являются температура светодиода, а если точнее — p-n-перехода (активной области) светодиодного кристалла и температура окружающей среды. Известно, что температура перехода, а также сила тока влияют на срок службы светодиода. Такие зависимости для своих светодиодов указывают производители светодиодов.

Если известно значение тока, при котором будет эксплуатироваться светодиод (например, 700 мА), а также желаемый ресурс (например, 50 тыс. часов), то из графика становится понятно, что в таком случае температура перехода должна поддерживаться не выше 110 °C. От этой «точки» мы и начнем расчет тепловых параметров конструкции.

Предположим, что в нашем случае тепловое сопротивление светодиода составляет 5 К/Вт (среднее значение для светодиодов в керамическом корпусе 3535). Для расчета разности температур p-n-переход — точка пайки потребуется значение тепловой мощности, выделяемой светодиодом. Как правило, ее принимают равной полной потребляемой мощности. При токе 700 мА и прямом напряжении 3,4 В (значение, которое мы найдем в спецификации светодиода максимальное) мощность составит 2,38 Вт, а разность температур — 25 К. Стоит отметить, что, в случае светодиода, в основе конструкции которого лежит алюмооксидная керамика, тепловое сопротивление заметно увеличивается с ростом температуры. Тепловое сопротивление обычно указывается для номинальной температуры 25 °C, а при 100 °C оно увеличится примерно на 20% и составит, например, 6 вместо 5 К/Вт (у светодиодов на керамической основе наиболее существенный вклад в тепловое сопротивление вносит именно керамика). Поэтому в нашем случае разность температур следует оценивать значением 30 °С, а не 25 °C. Следующий шаг — расчет теплового сопротивления платы. В данном расчете рассматривается конструкция с использованием платы с металлической основой (MCPCB). В качестве основы в таких платах обычно используются алюминиевые сплавы. Металлизация выполняется стандартной медной фольгой, а для изготовления диэлектрического слоя между основанием и фольгой используется материал с улучшенными теплопроводящими свойствами. Толщина этого материала обычно составляет от 50 до 200 мкм, теплопроводность — от 1 до 3 Вт/мхК. Тепло от светодиода проходит через интерфейс (припой) к медной металлизации. Из-за того, что она обычно имеет небольшую толщину (35 мкм), тепло по металлизации вдоль платы растекается слабо и проходит ниже через диэлектрический слой к алюминиевой основе. По диэлектрику тепло не растекается из-за низкой теплопроводности. Растекание тепла от места установки светодиода, благодаря высокой теплопроводности (около 150 Вт/м?хК), обеспечивает алюминий. Исходя их этих предпосылок, будем считать, что площадь, через которую будет проходить тепло от светодиода до алюминиевой основы, практически равна площади контакта его основания с платой. Пусть в нашем примере площадь контакта будет составлять 10 мм2.

Тогда тепловое сопротивление платы:

Тепловой менеджмент: формула расчета

Тепловой менеджмент: формула расчета

Разность температур между точкой пайки и алюминиевой основой при таком тепловом сопротивлении составит около 12 К. Итак, мы уже знаем, что для обеспечения температуры кристалла не выше 110 °C, температура алюминиевой основы платы не должна превышать 110–30–12=68 °C. Допустим, что тепло от платы будет отводиться через теплоотвод светильника (радиатор) на воздух. Для этого нам потребуется подобрать такой теплоотвод, который обеспечит температуру на плате не выше 68 °C при допустимой температуре окружающей среды. Как правило, температура радиатора практически равна температуре установленной на нем металлической платы и может отличаться по поверхности примерно на 2–5 °C, поэтому примем температуру радиатора равной 65 °С.

Читайте также:
Отключили электричество за неуплату как подключить

С уличным освещением все не так однозначно. С одной стороны, на улице почти всегда есть легкий ветер. Даже небольшие дуновения могут снизить температуру корпуса, например, с 80 до 70 °C. При этом среднегодовая температура в зоне умеренного климата составляет 10–15 °C [см. ГОСТ 15150-69]. С другой стороны, надо учитывать, что светильник могут установить и в помещении (ангаре), эксплуатироваться он может в районах с теплым климатом (например, на юге России), а ускоренная деградация при повышенных температурах практически не будет компенсироваться снижением скорости деградации при эксплуатации в холодные периоды времени. К другим факторам, ухудшающим охлаждение, относятся следующие: постепенное загрязнение светильника, экранирование теплоотвода, ухудшающее естественную конвекцию, использование прибора не по назначению (например, в горячих цехах).

Таким образом, для наружных применений светильников можно рекомендовать опираться в расчетах на температуру окружающей среды 20 °C. Итак, приняв, что температура воздуха составляет 20 °C, получим разность температур между воздухом и радиатором в 45 °С. Перед оценкой необходимых размеров радиатора рассмотрим механизмы отвода тепла. Их два: конвекция и излучение. Конвекцию рассматриваем только естественную, то есть воздух изначально неподвижен и приводится в движение только от нагрева светильником. Конвекция сильно зависит от конфигурации радиатора, его положения и разности температур между ним и воздухом. Например, плоский радиатор, развернутый рабочей поверхностью вниз, охлаждается примерно в 2 раза хуже радиатора, у которого рабочая поверхность находится сверху. Излучение зависит, прежде всего, от степени черноты радиатора и, как и в случае конвекции, разности температур. Чистая полированная поверхность алюминия имеет степень черноты около 0,2, а черненая или лакированная — около 0,85. Для того, чтобы оценить теплоотводящие способности радиатора, мы провели расчет для случая простейшего плоского теплоотвода. Радиатор с поверхностью 1 кв. дм позволяет в нашем примере при температуре воздуха 20 °С отводить порядка 5 Вт, обеспечивая температуру перехода светодиодного кристалла не выше 110 °С (эта температура была рассчитана выше). Разумеется, при разработке светильника размер радиатора следует минимизировать. Это требование продиктовано, прежде всего, целями снижения себестоимости и облегчения конструкции. Рассеивание мощности, составляющей около 1 Вт, при заданной температуре перехода, согласно полученным результатам, должен обеспечивать алюминиевый радиатор площадью порядка 0,25 кв. дм (4 кв. дюйма). Эту цифру можно использовать в качестве отправной точки на предварительном этапе проектирования светодиодного светильника.

Во многих случаях применения плоского радиатора оказывается недостаточно, поэтому перед изготовлением макета может понадобиться проведение более точного расчета. Для этого можно воспользоваться простыми эмпирическими и теплофизическими методами расчета радиатора, а также специальными программами, сначала, например, CosmosWorks for SolidWorks или QLED, которые позволяют детально проанализировать тепловое решение. Потом, для более детального расчета, — ANSYS. И, чтобы быть окончательно уверенным в правильности решения, дописать и произвести расчет в Matlab. Однако, все тепловые расчеты требуют обязательной проверки. Разработчик должен убедиться, что радиатор обеспечивает необходимое охлаждение. В идеальном случае, для этого следует измерить температуру p-n-перехода светодиодов. Но такое измерение требует специального оборудования, которое есть не в каждой лаборатории. Для получения надежных данных изготовители светодиодов дают собственные рекомендации по измерению температуры.
На основании предварительных расчетов были разработаны два конструктивных решения, реализующие линейку светодиодных светильников с мощностью от 45 до 300 (рис. 2 и 3).

Светильники обладают массивными радиаторами, через которые при помощи пластикового обвеса (боковин) происходит «прокачивание» воздушных масс. При этом боковины играют роль конфузора и диффузора газодинамической системы, таким образом, система обеспечивает функцию «насоса», перекачивающего воздух (нагретый воздух расширяется и поднимается вверх, тем самым создавая разницу давлений, что обеспечивает движение воздуха через радиатор-охладитель).

Для разработанных конструкций были проведены теплофизическое моделирование в среде SolidWorks Flo Simulation. Результаты моделирования приведены на рис. 4 и 5.

Как подобрать и установить радиатор для светодиодов?

Светодиодные лампы считаются наиболее экономичными и эффективными источниками света. При правильной эксплуатации они служат не менее 50 тыс. часов. Считается, что такие элементы не нагреваются, однако это не так. Чтобы осветительный прибор служил долго, устанавливают радиаторы для светодиодов. Их покупают в готовом виде или делают самостоятельно.

Радиатор охлаждения

Особенности применения радиатора для светодиодов

Полупроводниковые устройства не имеют 100%-ного КПД. Часть получаемой энергии преобразуется в тепло, которое выделяется в окружающую среду. Величина КПД определяется типом диода. Например, слаботочные приборы имеют эффективность 10-15%. У белых светодиодов КПД составляет 30%. Остальная энергия преобразуется в тепло.

При продолжительной работе температура элемента повышается. Для рассеивания лишнего тепла применяется радиатор. В маломощных системах его роль играют выводы. В мощные приборы устанавливается дополнительный теплоотвод. Такая технология увеличивает срок службы в 1,5-2 раза.

Разновидности радиаторов

Для отведения тепла применяется 3 типа устройств:

  • стержневые;
  • пластинчатые;
  • ребристые.

Стержневые радиаторы

Пластинчатые радиаторы

Ребристый радиатор

Основания радиаторов имеют форму круга, квадрата или прямоугольника. При выборе учитывают толщину устройства. Основание отвечает за получение и рассеивание тепла. Охлаждающий радиатор может функционировать с естественной или искусственной вентиляцией. В первом случае расстояние между ребрами должно составлять более 4 мм. При наличии принудительной вентиляции его можно уменьшить до 1 мм.

Читайте также:
Плотность экструдированного пенополистирола, плотность пенопласта для утепления стен

Особенности конструкции

Приборы делятся на 2 типа: ребристые и игольчатые. Второй вариант используют для естественного отведения тепла, второй – для искусственного. При равных размерах игольчатая конструкция считается более эффективной. Однако из этого не следует, что пластинчатые устройства нормально работают только в паре с кулерами. С учетом размера они могут использоваться и для пассивного охлаждения.

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 алюминия

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.

  • большим весом конструкции;
  • сложностью механической обработки;
  • высокой стоимостью материала.

Из меди

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.

Охлаждение мощных светодиодов

Для отведения тепла применяются принудительные или естественные системы. Использование второго варианта при изготовлении осветительных приборов мощностью более 50W нецелесообразно. Габариты радиаторов достигают 20-30 см, вес – 0,5 кг. В таком случае устройства совмещают с компактными вентиляторами. Прибор требует подведения питающего кабеля. Кроме того, светильник снабжается системой аварийного отключения, которая срабатывает в случае поломки вентилятора.

Существует и другой метод охлаждения мощных светодиодных элементов – установка готового устройства SynJet.

Главными преимуществами модуля являются:

  • увеличенная производительность;
  • минимальное тепловое сопротивление;
  • небольшой вес.

Охлаждение мощных светодиодов

Габариты устройства зависят от модели. Недостатками считаются высокая цена и необходимость подключения дополнительного источника питания. Обеспечить самый лучший тепловой контакт модуля с подложкой диода невозможно, поэтому поверхности покрывают термопастой. Качественный состав характеризуется низкой вязкостью, неспособностью к затвердеванию.

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).

Применение того или иного способа зависит от имеющихся исходных параметров. Точный расчет является более сложной задачей.

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).

Расчет

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.

Радиаторы и лампы

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.

Как сделать радиатор для светодиода своими руками?

Собрать простую алюминиевую конструкцию для маломощного осветительного прибора несложно. Для этого потребуется металлическая лента толщиной 2-3 мм.

Радиатор изготавливают так:

  1. Делают на пластине надрезы с шагом 5 мм. Полученные сектора загибают, придавая конструкции вид крыльчатки.
  2. Формируют отверстия для фиксации радиатора.

Сделать радиатор для светильника мощностью 10 Вт сложнее. Для этого потребуется 1 м алюминиевого профиля толщиной 2 мм, шириной 2 см. Сначала полосу разрезают на 8 частей. Отрезки укладывают друг на друга, делают сквозное отверстие, закрепляют элементы болтом с гайкой. Одну грань шлифуют для фиксации светодиодной ленты. Разгибают пластины в разные стороны. В местах установки модуля проделывают отверстия. Обрабатывают самодельный радиатор термоклеем, устанавливают матрицу, которую закрепляют саморезами.

Как крепить светодиоды к радиатору?

Применяют 2 способа фиксации элементов:

  1. Механический. Диоды прикручивают саморезами или болтами с использованием специальных подложек. К ним припаивают осветительные элементы, обработанные термопастой. Светодиод снабжен контактной площадкой диаметром около 5 мм. Некоторые элементы продаются прикрепленными к переходной подложке.
  2. Клеевой. Выполняется как с использованием пластины, так и без нее. Для этого приобретают теплопроводный клей.
Читайте также:
Система водоснабжения частного дома из скважины: схема с гидроаккумулятором и без

Первый способ считается более надежным.

Аккумуляторные светильники

Светильник Облик 310 переносной 10 SMD LED

ULR-Q401 2W/DW WHITE S01 Светильник светодиодный аварийного освещения «ВЫХОД». Дневной свет (6500K). Встроенный аккумулятор AC/DС. Корпус белый. ТМ Volpe.

ДОБАВИТЬ В КОРЗИНУ

видео

Светильник аккумуляторный, 5W Е27 AC/DC (литий-ионная батарея), белый, WL16

Светильник аккумуляторный FERON WL16 с цоколем, 10LED/белый, 85-265V, IP20, аккумулятор 3,7/1200mAh/литий-ионный, количество режимов 1, время зарядки 10 часов, время работы 3,5 часов , цвет белый, Подробнее.. 60*60*110мм

ДОБАВИТЬ В КОРЗИНУ

Светильник антимоскитный WL850

WL850 Светильник антимоскитный 230V 3W

ДОБАВИТЬ В КОРЗИНУ

Светильник аккумуляторный, 30LED AC/DC, белый, EL120

Светильник аккумуляторный EL120 AC/DC с наклейкой, 30LED/дневной, 230V, IP20, аккумулятор 3,7/1200mAh/литий-ионный, количество режимов 2, время зарядки 18-24 часа, время работы 3,5 часов , цвет Подробнее.. белый, 200*60*20мм

ДОБАВИТЬ В КОРЗИНУ

Светильник LA-112 аккум. 30LED Li-ion 220В Camelion 13149

Светильник LA-112 аккум. 30LED Li-ion 220В Camelion 13149

ДОБАВИТЬ В КОРЗИНУ

Светильник аккумуляторный, 30LED DC, белый, EL115

Светильник аккумуляторный FERON EL115 DC, 30LED/дневной, 230V, IP20, аккумулятор 3,7/1200mAh/литий-ионный, количество режимов 2, время зарядки 20 часов , время работы 4/8 часов, цвет белый, Подробнее.. 205*65*30мм

ДОБАВИТЬ В КОРЗИНУ

Светильник аккумуляторный, 30 LED DC, белый, EL15

Светильник аккумуляторный FERON EL15 DC, 30LED/дневной, 230V, IP20, аккумулятор 3,7/1300mAh/литий-ионный, количество режимов 2, время зарядки 18-20 часов, время работы 3/6 часов, цвет белый, Подробнее.. 203*68*45мм

ДОБАВИТЬ В КОРЗИНУ

Ulr-q402 5w/dw white s01 светильник светодиодный аварийного освещения. наклейка «выход». дневной свет (6500K). Встроенный аккумулятор AC/DС. Корпус белый. ТМ Volpe.

ULR-Q402 5W/DW WHITE S01 Светильник светодиодный аварийного освещения. Наклейка «ВЫХОД». Дневной свет (6500K). Встроенный аккумулятор AC/DС. Корпус белый. ТМ Volpe.

ДОБАВИТЬ В КОРЗИНУ

Светильник аккумуляторный, 22 LED AC/DC, белый, EL14

Светильник аккумуляторный FERON EL14 AC/DC, 22LED/дневной, 230V, IP20, аккумулятор 3,7/1300mAh/литий-ионный, количество режимов 2, время зарядки 18 часов, время работы 3,5 часов , цвет белый, Подробнее.. 350*50*55мм

ДОБАВИТЬ В КОРЗИНУ

Светильник аккумуляторный, 40 LED DC, белый, EL21

Светильник аккумуляторный FERON EL21 DC, 40LED/дневной, 230V, IP20, аккумулятор 3,7/1300mAh/литий-ионный, количество режимов 1, время зарядки 20 часов , время работы 3/6 часов, цвет белый, 258*67*42мм

ДОБАВИТЬ В КОРЗИНУ

Светильник Camelion Bright Line LA-111 6000К, 60 LED BL1

Светильник Camelion Bright Line LA-111 6000К, 60 LED BL1

ДОБАВИТЬ В КОРЗИНУ

Светильник аккумуляторный, 30 LED AC/DC, белый, EL20

Светильник аккумуляторный FERON EL20 AC/DC, 30LED/дневной, 230V, IP20, аккумулятор 3,7/1300mAh/литий-ионный, количество режимов 2, время зарядки 15-18 часов, время работы 3,5 часов , цвет белый, Подробнее.. 350*50*55мм

ДОБАВИТЬ В КОРЗИНУ

Светильник аккумуляторный, 10 LED/1W 230V, AC/DC зеленый 260*245*35 mm, белый, Выход, EL60

Светильник аккумуляторный FERON EL60 вывеска “Выход”, 10LED/дневной, 200-240V, IP20, аккумулятор 1.2/800mAh/никель-кадмиевый, количество режимов 1, время зарядки 24 часа, время работы 2 Подробнее.. часа, цвет белый, 260*245*35мм_x000D_ Табло информационное двухстороннее EL60 FERON артикул 41438 предназначено для информирования о нахождении выхода из помещения._x000D_ _x000D_ ПРЕИМУЩЕСТВА:_x000D_ _x000D_ – На основу светильника нанесен стикер “Выход”, который при необходимости может быть удален и нанесен другой, за счет чего светильник может также выступать как двусторонний эвакуационный указатель._x000D_ – Табло имеет узлы крепления к подвесам_x000D_ – Встроенная защита от глубокого разряда и перезаряда_x000D_ – Индикатор сети и кнопка «Тест» для проверки работоспособности светильника_x000D_ – Режим работы постоянный_x000D_ – Ультратонкий корпус с торцевой LED засветкой_x000D_ – Универсальное крепление: подвесное, накладное или торцевое_x000D_

ДОБАВИТЬ В КОРЗИНУ

Ulg-r003 019/rgb ip54 egg светильник декоративный светодиодный «яйцо». аккумуляторный (в/к). 14*19см. RGB свет. TM Uniel.

ULG-R003 019/RGB IP54 EGG Светильник декоративный светодиодный «Яйцо». Аккумуляторный (в/к). 14*19см. RGB свет. TM Uniel.

ДОБАВИТЬ В КОРЗИНУ

Светильник антимоскитный аккумуляторный TL850

Светильник аккумуляторный FERON DYT антимоскитный, 8LED/белый, 5V, IP44, аккумулятор 5/1800mAh/литий-ионный, количество режимов 3, время зарядки 3.5 часа , время работы 7/6/5 часов, цвет Подробнее.. зеленый-серый-белый, 90*90*155мм

ДОБАВИТЬ В КОРЗИНУ

Светильник ДБА 3927 аккумулятор 15ч 9Вт ИЭК LDBA0-3927-90-K01

Предназначены для временного местного освещения рабочей зоны при отключении электроэнергии в жилых, хозяйственных и промышленных помещениях, а также незаменимы в качестве переносных светильников в Подробнее.. походе, мастерской, при проведении ремонтных работ и т.д.

ДОБАВИТЬ В КОРЗИНУ

Светильник аккумуляторный, 90LED DC, белый, EL126

Светильник аккумуляторный FERON EL126 DC, 90LED/дневной, 230V, IP20, аккумулятор 3,7/4000mAh/литий-ионный, количество режимов 2, время зарядки 20 часов , время работы 4/8 часов, цвет белый, Подробнее.. 500*65*35мм

ДОБАВИТЬ В КОРЗИНУ

Светильник ДБА 3928 аккумулятор 15ч 12Вт ИЭК LDBA0-3928-60-K01

Предназначены для временного местного освещения рабочей зоны при отключении электроэнергии в жилых, хозяйственных и промышленных помещениях, а также незаменимы в качестве переносных светильников в Подробнее.. походе, мастерской, при проведении ремонтных работ и т.д.

ДОБАВИТЬ В КОРЗИНУ

Светильник аккумуляторный, 90 LED AC/DC, белый, EL17

Светильник аккумуляторный FERON EL17 AC/DC, 90LED/дневной, 230V, IP20, аккумулятор 3,7/2х1500mAh/литий-ионный, количество режимов 1, время зарядки 15 часов, время работы 3,5 часов , цвет белый, Подробнее.. 660*65*66мм

ДОБАВИТЬ В КОРЗИНУ

Светильник ДПА 2101 аккум. 4ч 30LED IP20 аварийный ИЭК LDPA0-2101-30-K01

Светильники серии ДПА – аварийно-эвакуационные, непостоянного действия. Предназначены для использования в помещениях с низким уровнем содержания влаги и пыли и применяются: – для освещения путей Подробнее.. эвакуации, коридоров, проходов, запасных дверей; – как эвакуационные или указательные светильники при наличии пиктограмм (не входят в комплект). Соответствуют требованиям технических регламентов Таможенного союза ТР ТС 004/2011, ТР ТС 020/2011, ГОСТ Р МЭК 60598-1, ГОСТ Р МЭК 60598-2-22 (для аварийного освещения).

ДОБАВИТЬ В КОРЗИНУ

Светильник ДПА 2104 аккум. 4ч 60LED IP20 аварийный ИЭК LDPA0-2104-60-K01

Светильники серии ДПА – аварийно-эвакуационные, непостоянного действия. Предназначены для использования в помещениях с низким уровнем содержания влаги и пыли и применяются: – для освещения путей Подробнее.. эвакуации, коридоров, проходов, запасных дверей; – как эвакуационные или указательные светильники при наличии пиктограмм (не входят в комплект). Соответствуют требованиям технических регламентов Таможенного союза ТР ТС 004/2011, ТР ТС 020/2011, ГОСТ Р МЭК 60598-1, ГОСТ Р МЭК 60598-2-22 (для аварийного освещения).

ДОБАВИТЬ В КОРЗИНУ

Читайте также:
Песчаная подготовка под фундамент СНИП

Светильник ДПА 5042-1 аккумулятор 1ч IP65 аварийный универс. подкл. ИЭК LDPA0-5042-1-65-K01

Светильники аварийные серии ДПА 5042 предназначены для обеспечения аварийно-эвакуационного освещения в общественных, административных помещениях с высоким уровнем содержания влаги и пыли Подробнее.. (IP65), а также могут использоваться для указания направления эвакуации (пиктограммы в комплект поставки не входят). Аварийная работа светильников осуществляется от встроенного (незаменяемого) аккумулятора. Светильники имеют универсальное подключение (постоянного и непостоянного действия – зависит от схемы). Дальность распознавания 16 м, потребляемая мощность при заряде – 5 Вт. Соответствуют требованиям ГОСТ Р МЭК 60598-2-22 по аварийному освещению.

ДОБАВИТЬ В КОРЗИНУ

Светильник аккумуляторный, 42 LED AC/DC, белый, EL30

Светильник аккумуляторный FERON EL30 AC/DC, 42LED/дневной, 230V, IP20, аккумулятор 1.2/600mAh/никель-кадмиевый, количество режимов 2, время зарядки 18 часов, время работы 3,5 часов , цвет белый, Подробнее.. 245*45*68мм

Светильник Camelion Bright Line LA-115 в форме лампы с цоколем Е27, 6000K, 18 LED

Светильник Camelion Bright Line LA-115 в форме лампы с цоколем Е27, 6000K, 18 LED

Светильник аккумуляторный, 60LED AC/DC, белый, EL121

Светильник аккумуляторный FERON EL121 AC/DC с наклейкой, 60LED/дневной, 230V, IP20, аккумулятор 3,7/2000mAh/литий-ионный, количество режимов 2, время зарядки 18-24 часа, время работы 3,5 часов , цвет Подробнее.. белый, 330*73*30мм

Светильник ДБА 3926 аккумулятор 3ч 3Вт ИЭК LDBA0-3926-30-K01

Предназначены для временного местного освещения рабочей зоны при отключении электроэнергии в жилых, хозяйственных и промышленных помещениях, а также незаменимы в качестве переносных светильников в Подробнее.. походе, мастерской, при проведении ремонтных работ и т.д.

Светильник ДПА 5042-3 аккумулятор 3ч IP65 аварийный универс. подкл. ИЭК LDPA0-5042-3-65-K01

Светильники аварийные серии ДПА 5042 предназначены для обеспечения аварийно-эвакуационного освещения в общественных, административных помещениях с высоким уровнем содержания влаги и пыли Подробнее.. (IP65), а также могут использоваться для указания направления эвакуации (пиктограммы в комплект поставки не входят). Аварийная работа светильников осуществляется от встроенного (незаменяемого) аккумулятора. Светильники имеют универсальное подключение (постоянного и непостоянного действия – зависит от схемы). Дальность распознавания 16 м, потребляемая мощность при заряде – 5 Вт. Соответствуют требованиям ГОСТ Р МЭК 60598-2-22 по аварийному освещению.

В современной реальности освещение является одним из основных факторов обеспечения комфортного пребывания людей как в зданиях, так и за их пределами. Но иногда возникают ситуации, когда нет доступа к централизованному энергоснабжению и тогда на помощь приходят светодиодные аккумуляторные светильники.

Назначение аккумуляторных светильников

В местах, активно посещаемых людьми, где отсутствует основное или резервное электропитание, автономные светильники на аккумуляторах выполняют функции освещения и информативного оповещения. И если необходимость освещения нам понятна, то наличие табличек с необходимой информацией помогает упростить поиск нужных помещений или подсказывает, где можно получить определенную услугу.

аварийный светильник

К таким указателям относятся таблички на туалетах, входах в зоны отдыха, информация о наличии точки доступа к бесплатному интернету и т.п. Они должны быть хорошо заметны, но при этом не надоедать своим видом, что достигается их правильным подбором. Поэтому, собираясь купить аккумуляторные светильники определенного назначения, не отказывайтесь от консультации специалистов.

Виды и особенности аккумуляторных светильников

Светодиодные аккумуляторные светильники не требуют постоянного подключения к электрической сети, так как они оснащены встроенными источниками тока. При этом аккумуляторы могут быть съемными, что упрощает их замену при разряде, либо жестко закрепленными в корпусе светильника.

Изначально светильники на аккумуляторах разрабатывались для обеспечения освещения в экстремальных условиях, поэтому купить их можно либо в исполнении DC, либо типа AC/DC.

Источники света типа DC включаются при обрыве сети, то есть когда прекращается централизованная подача электроэнергии. При выборе следует учитывать, что такой светильник не работает при подключенном электропитании. Часто в них предусматривается два режима свечения: экономичный и с максимальной яркостью, что позволяет настроить их работу исходя из рациональности использования, в зависимости от прогнозируемого времени отключения основного электропитания.

Светильники типа AC/DC имеют расширенную функциональность, то есть в режиме DC они работают только при обрыве электрической сети. Если же их перевести в режим AC, они будут работать и при наличии внешнего электрического напряжения, но переходят при этом в экономичный режим, когда яркость светодиодов понижена, либо работает только их незначительная часть. Такие источники освещения используются в помещениях с регулярными перебоями в электросетях, что позволяет поддерживать освещенность помещений в автоматическом режиме.

аварийный светильник_03

Обычно автономная работа аккумуляторных светильников рассчитана на 5-6 часов непрерывного освещения, но в особых случаях ставятся мощные аккумуляторы, чтобы обеспечить их эксплуатацию на протяжении более 12 часов.

Как правило, такие источники света оснащают несколькими видами креплений, что позволяет их крепить к любым поверхностям стационарно или временно. При этом их конструкция часто позволяет установку на горизонтальную поверхность, но лучше это предусмотреть заранее, еще на стадии выбора типа прибора.

Преимущества аккумуляторных светильников

К их положительным качествам относятся:

  • небольшие размеры, мобильность и большое количество дизайнерских решений, что позволяет подобрать светильник под любой стиль интерьера;
  • простота монтажа, которая избавляет от дополнительной прокладки электрической сети;
  • безопасность эксплуатации устройства, благодаря незначительному нагреву светодиодов, отсутствию хрупких элементов и питание от низковольтных аккумуляторов;
  • срок эксплуатации светодиодов до 50 тыс. часов делает такую покупку экономически выгодным приобретением.

Сферы применения аккумуляторных светильников

Они обеспечивают освещения в местах, где или отсутствуют электрические сети, или в них пропадает электроэнергия. Благодаря мобильному исполнению такие светильники можно быстро принести в случае непредвиденных обстоятельств, либо разместить заранее там, где возможны перебои с подачей электроэнергии. Это относится не только к осветительным приборам, но и к информационным указателям.

Ссылка на основную публикацию