Водяное охлаждение светодиодов

Водяное охлаждение светодиодов

Как всегда, начну с того, что я технофетишист. Т.е. люблю гаджеты и необычные решения. Поэтому, некоторые мои решения не имеют существенных фундаментальных причин для возникновения в моей системе. И, пожалуй, это одно из таких решений.

При этом я все же хочу отметить и тот факт, что существенные фундаментальные причины для подобного решения вполне могут быть в других системах. К примеру, холодные моря, большие хозяйства, где расход энергии на освещение значительный, концептуальные решения дизайна, где нужно спрятать все лишнее и т.д. Но об этом позже. Поэтому считаю, что относиться к данному решению только как к игрушке тоже не стоит.

Ну, думаю, что тумана таинственности я напустил и можно переходить к сути. Итак, мы будем обсуждать свет. А точнее, свет на мощных светодиодах. При этом не его «светлую» сторону, а «темную», ту, которой меньше всего посвящено внимание обывателя, да и профессионалов, когда о нем заходит речь. А именно – охлаждение. Т.е. мы будем говорить только о выделяемой тепловой энергии, которая является побочным продуктом освещения и должна утилизироваться.

Эффективный теплоотвод от светодиодов крайне необходим. Их перегрев сначала приводит к уменьшению эффективности, а затем к разрушению, так как в теплом полупроводнике активизируются разрушительные процессы, вредные миграции электронов и пр. Причем эффект может быть коллапсирующим. Т.е. чем горячее светодиод, тем больше его сопротивление, тем сильнее он греется.

Это заставляет производителей снабжать светодиодные лампы массивными радиаторами. В случае некачественного исполнения происходит перегрев диода и он в течение года-двух может выйти из строя. Также быстрому отказу служит некачественное исполнение самого диода, так как внутренняя неоднородность и наличие примесей приводят к образованию очагов перегрева со всеми вытекающими последствиями. Обычно светодиод теряет свои свойства постепенно, год за годом ухудшается яркость и увеличивается тепловыделение.

Из всего вышесказанного делается простой вывод: хотите стабильный по характеристикам свет и долговечный светильник – во-первых, нужно хорошее охлаждение.

200л), выделяют тепла около 80Вт. Согласитесь, если удастся эффективно передать это тепло в банку, я смогу сэкономить около 30% энергии на ее обогрев (с учетом того, что ночью приходится полагаться только на обогреватель). А то и 50%, если я захочу рыбкам сделать имитацию перепада температуры днем и ночью. Неплохая добавка «к пенсии». И уж тем более она становится ощутима там, где речь идет о киловаттах!

Затрону и еще одну проблему рассеивания тепла классическими методами – радиатор обязан находится в непосредственном контакте со светодиодом, а тот в непосредственной близости от аквариума. Т.е. мы можем говорить, что рассеивание тепла происходит непосредственно над аквариумом. Чем это плохо? В простом случае, летом, мы должны дополнительно тратить энергию на отведение этого избыточного тепла, которое в том или ином виде передается в аквариум. Тем ощутимее проблема в холодных системах, где температура должна поддерживаться на уровне 4 градуса тепла. Там разворачивается настоящая борьба и возникает существенный перерасход электроэнергии на охлаждение.

Теперь о красивом. Интеграция аквариума с мощным освещением в дизайн, зачастую является большой проблемой. Аквариум имеет четкие требования к своему обеспечению, сильно ограничивая дизайнерскую мысль. Одним из таких ограничений, конечно, является свет. Ведь он требует охлаждения, а следовательно — эффективной конвекции воздуха. Проще говоря, дизайнер должен учитывать, что нужно будет над банкой оставить запас пространства для размещения внушительных габаритов светильника.

Ну, и пожалуй самое главное: мощность света при классическом освещении сильно ограничена. А это накладывает ограничения на глубину и ширину аквариума, вынуждая соблюдать определенные пропорции. И пусть для квартирных систем это мелочь, но для видовых аквариумов, да еще и обремененных дизайном, это может быть реальной проблемой.

Как же можно решить все вышеозначенные проблемы? Даже не надейтесь, изобретать велосипед мы не будем. Человек давно придумал эффективные средства теплоотвода для высокоэнергетических систем. Это жидкостное охлаждение. Или системы водяного охлаждения, если в качестве теплоносителя используется вода. Кратко — СВО. Встретить такие системы вы можете в повседневной жизни довольно часто. Они, к примеру, используются в автомобилях, для охлаждения двигателя. Радиаторы отопления в принципе такая же система, позволяющая переносить посредством жидкого теплоносителя тепло из котельной к нам в дом.

Поэтому, можно смело говорить, что подобные системы себя зарекомендовали. Опыт их использования идет на сотни лет.

Более того, подобные системы успешно используются для охлаждения сверхмощных компьютеров, в том числе, в домашних условиях. Вот тут мы подходим к сути задумки. Дело в том, что именно компоненты таких систем охлаждения как нельзя лучше подходят для того, чтобы реализовать подобную систему в аквариуме для охлаждения светодиодов.

Давайте разберемся, из чего состоит такая система?

Сердце системы это помпа. Практически в буквальном смысле. Она заставляет двигаться жидкость внутри системы – теплоноситель.

Радиатор. Здесь ничего хитрого. Он рассеивает тепло, которое теплоноситель накопил. Размеры радиатора могут быть поистине внушительными! Конечно, при реализации небольших систем их компактность ставится под сомнение, но при создании больших, только одно то, что радиатор можно вынести за приделы видовой зоны уже делает систему сверхкомпактной для наблюдателя.

Водоблок, это как раз тот элемент системы, который способен снимать тепловую энергию с источника и передавать ее в теплоноситель. Пожалуй, самая технологичная вещь в таких системах. Доходит до того, что некоторые любители делают водоблоки из серебра, полируя основание до зеркала и все ради того, чтобы не оставить ни ватта тепловой энергии на источнике.

Таким образом, полученное тепло водоблоком передается в теплоноситель, помпа прокачивает его в радиатор, где тепло рассеивается.

Само собой разумеется, что радиатор, помпа и водоблок могут находиться на существенном расстоянии друг от друга. А это решает все выше означенные нами проблемы.

Отдельно вернемся к проблеме полезной утилизации тепла. Заменив радиатор в этой системе теплообменником, который мы погрузим в воду аквариума, мы сможем передавать тепловую энергию именно в аквариум. Для морского аквариума актуальны титановые теплообменники. Этот металл не коррозирует в соленой воде. Недопустимо использовать иные металлы для этой цели!

Светлый угол — светодиоды

. форум о светодиодах и свете

  • Список форумовСВЕТОДИОДЫ — практическое применениеСветодиоды в быту
  • Изменить размер шрифта
  • Для печати
  • FAQ
  • Регистрация
  • Вход

Водяное охлаждение светодиодов

Водяное охлаждение светодиодов

Ledzuk88 » 07 апр 2018, 13:10

Re: Водяное охлаждение светодиодов

Invisible_Light » 07 апр 2018, 17:44

Re: Водяное охлаждение светодиодов

Ledzuk88 » 07 апр 2018, 19:20

Re: Водяное охлаждение светодиодов

_RUS73_ » 08 апр 2018, 02:51

У меня идея была аналогичная давно. Только с нюансами в исполнении.

Берем обычную банку 0,5л заливаем внутрь смесь воды и спирта

100-150мл. Одеваем обычную крышку для консервации и закатываем. Чистим поверхность до металла и клеим матрицу.

Так как спирт более летуч, по мере нагрева он первым будет испаряться и переносить тепло на стенки и верхнюю часть банки, конденсироваться и стекать по стенкам обратно. Вода тоже будет участвовать в процессе теплоотдачи, но в гараздо меньшей степени. Большую роль она здесь играет как накопитель, за счет высокой теплоёмкости и теплообмена с частицами спирта.

Идея сама по себе неплоха. Осталось только заменить воду другой жидкостью, не приводящей к коррозии крышки и её разрушению.

Re: Водяное охлаждение светодиодов

Ledzuk88 » 08 апр 2018, 12:07

_RUS73_ писал(а): У меня идея была аналогичная давно. Только с нюансами в исполнении.

Берем обычную банку 0,5л заливаем внутрь смесь воды и спирта

100-150мл. Одеваем обычную крышку для консервации и закатываем. Чистим поверхность до металла и клеим матрицу.

Так как спирт более летуч, по мере нагрева он первым будет испаряться и переносить тепло на стенки и верхнюю часть банки, конденсироваться и стекать по стенкам обратно. Вода тоже будет участвовать в процессе теплоотдачи, но в гараздо меньшей степени. Большую роль она здесь играет как накопитель, за счет высокой теплоёмкости и теплообмена с частицами спирта.

Идея сама по себе неплоха. Осталось только заменить воду другой жидкостью, не приводящей к коррозии крышки и её разрушению.

Re: Водяное охлаждение светодиодов

Invisible_Light » 08 апр 2018, 14:20

Водяное (или любое жидкостное) охлаждение диодов, это экзотика. Ввиду отсутствия в продаже готовых решений радиаторов или их полуфабрикатов, придется изготавливать с нуля самостоятельно.
Фактически, вкладываться в опытно-конструкторские работы. Ввиду малого объёма спроса — нерентабельно.
Как говорят, проще слепить из говна и палок (алюминий в виде разного мелкого проката сечас очень распространён).

Чем таким особенным отличается банка с водой от монолитного слитка металла подобной формы? Только ценой.
Никакого особо эффективного охлаждения не будет. У металла хотя бы теплопроводность выше (но теплоемкость меньше).

Re: Водяное охлаждение светодиодов

Ledzuk88 » 08 апр 2018, 21:00

Invisible_Light писал(а): Водяное (или любое жидкостное) охлаждение диодов, это экзотика. Ввиду отсутствия в продаже готовых решений радиаторов или их полуфабрикатов, придется изготавливать с нуля самостоятельно.
Фактически, вкладываться в опытно-конструкторские работы. Ввиду малого объёма спроса — нерентабельно.
Как говорят, проще слепить из говна и палок (алюминий в виде разного мелкого проката сечас очень распространён).

Читайте также  Простой регулятор температуры

Чем таким особенным отличается банка с водой от монолитного слитка металла подобной формы? Только ценой.
Никакого особо эффективного охлаждения не будет. У металла хотя бы теплопроводность выше (но теплоемкость меньше).

Эффективный теплоотвод от светодиодов крайне необходим. Их перегрев сначала приводит к уменьшению эффективности, а затем к разрушению, так как в теплом полупроводнике активизируются разрушительные процессы, вредные миграции электронов и пр. Причем эффект может быть коллапсирующим. Т.е. чем горячее светодиод, тем больше его сопротивление, тем сильнее он греется. Это заставляет производителей снабжать светодиодные лампы массивными радиаторами. . Или системы водяного охлаждения, если в качестве теплоносителя используется вода. Кратко — СВО. Встретить такие системы вы можете в повседневной жизни довольно часто. https://reefcentral.ru/articles/151/14539/

Re: Водяное охлаждение светодиодов

Invisible_Light » 08 апр 2018, 23:59

«Это заставляет производителей снабжать светодиодные лампы массивными радиаторами. «

Где вы видели такие лампы? Фото или ссылку?
Радиаторы в самодельные (цокольные) лампы ставят только энтузиасты от светодиодов. Производителям большой ресурс не очень-то и выгоден. Раньше сдохнет — быстрее купят новые. Сейчас покупателей таких ламп заманивают демпинговыми ценами и увеличением срока «отката» до 1-2 лет (у разных продавцов).

Статья с ватерблоком интересная, но конструкция не практичная. Если покупать готовые элементы — безумно дорого по сравнению с люминевыми радиаторами из профиля. Надежность водяной прокачки под сомнением, надо периодически менять теплоноситель и промывать систему. Если делать самодельные блоки, это мало кому доступно, да и не захотят возни.
Проще купить https://m.onlinetrade.ru/catalogue/kule . 51732.html — DEEPCOOL V65
Кулер надежный, не шумит. У меня с такими пара ламп три года работает. Может охлаждать 15-18W светодиодов на тихих оборотах.

Re: Водяное охлаждение светодиодов

Ledzuk88 » 09 апр 2018, 00:25

Invisible_Light писал(а): «Это заставляет производителей снабжать светодиодные лампы массивными радиаторами. «

Где вы видели такие лампы? Фото или ссылку?
Радиаторы в самодельные (цокольные) лампы ставят только энтузиасты от светодиодов. Производителям большой ресурс не очень-то и выгоден. Раньше сдохнет — быстрее купят новые. Сейчас покупателей таких ламп заманивают демпинговыми ценами и увеличением срока «отката» до 1-2 лет (у разных продавцов).

Статья с ватерблоком интересная, конструкция не практичная. Если покупать готовые элементы — безумно дорого по сравнению с люминевыми радиаторами из профиля. Надежность водяной прокачки под сомнением, надо периодически менять теплоноситель и промывать систему. Если делать самодельные блоки, малоткому доступно, да и не захотят.
Проще купить https://m.onlinetrade.ru/catalogue/kule . 51732.html — DEEPCOOL V65
Кулер надежный, не шумит. У меня с такими пара ламп три года работает. Может охлаждать 15-18W светодиодов на тихих оборотах.

Re: Водяное охлаждение светодиодов

Invisible_Light » 09 апр 2018, 00:30

Re: Водяное охлаждение светодиодов

divian » 09 апр 2018, 20:57

Главная задача водяного охлаждения — увести тепло из труднодоступных для обдува мест. Но для охлаждения самого теплоносителя всё равно нужен точно такой же по площади радиатор. От обдува радиатора воздухом в автомобилях не отказались же.
В автомобилях никто не городил бы огород с водяным охлаждением, если бы можно было везде остудить воздухом. К сожалению, это получается лишь для небольших силовых агрегатов. Попутно водяное охлаждение решило проблему поддержания постоянной оптимальной температуры (ДВС не столько охлаждение нужно, сколько удержание температуры в достаточно узком оптимальном диапазоне). Контроль уровня охлаждающей жидкости, герметичности шлангов производится, как минимум, раз в год при ТО, так что с этим проблем нет.
Применение водяного охлаждения для светодиодов имеет смысл точно так же, в местах, где воздушное охлаждение невозможно. Но тогда и контроль уровня, герметичности надо обеспечивать.

А бетон, керамика, стекло — теплоизоляторы. В качестве радиатора малопригодны.

Re: Водяное охлаждение светодиодов

George » 10 апр 2018, 03:12

Современные автомобильные моно и би лед модули по 30 и даже 40Вт прекрасно обходятся без ЖСО. Эта вся хрень пришла из компьютерного мира. А там она появилась, как одна из технологий по снижению шума системных блоков. Это уже позже ее довели до шизофрении.

Re: Водяное охлаждение светодиодов

divian » 10 апр 2018, 03:33

Какой ещё билед? Речь про мотор.

Re: Водяное охлаждение светодиодов

George » 10 апр 2018, 04:17

Сорри. Не понял.

Re: Водяное охлаждение светодиодов

FLAGG » 10 апр 2018, 22:34

Водяное охлаждение светодиодов

LuxaVita

Светодиодные модули с жидкостным охлаждением

Предназначены для освещения растений в многоярусных установках стеллажного типа, а также для межрядового освещения при использовании шпалерных систем выращивания по технологии светокультуры.

Уникальная технология!

Драйвер светодиодов

может быть расположен внутри корпуса, возможно регулирование мощности лампы

Светодиодные линейки

располагаются с одной или двух сторон, возможно использование светодиодов любых фирм

Охлаждающая жидкость

обеспечивает долгий срок службы элементов лампы и рассеивает свет

Прозрачный корпус

высокопрочный и герметичный

Наиболее компактное и эффективное решение среди всех существующих фито-светильников.

Серия тепличных светильников для искусственного освещения тепличных хозяйств в качестве боковой и общей досветки.
Дополнительное использование — для освещения рассад различного типа при стеллажной культивации.

Излучение светильника в диапазоне 400-700нм обеспечивает процесс фотосинтеза у растений.
Модификации светильников с полным спектром (full spectrum), за счет специального состава люминофора светодиодов, применимы для выращивания растений в системах без естественного света, а также в теплицах с естественным светом для досветки растений.

Электробезопасность

Обладают высоким классом защиты от поражения электрическим током и способны работать даже под водой

Разнообразный спектр

— Специализированный для отдельных культур
— Универсальный
— По индивидуальному проекту

Жидкостное охлаждение

Инновационная технология охлаждения светодиодов и LED-драйверов со 100% погружением в жидкость

Качественные светодиоды

В светодиодных линейках используются специально отобранные светодиоды ведущих производителей

Освещение во все стороны

Светодиодные линейки могут располагаться по всей поверхности фито-светильника LuxaVita®

Эффективное теплоотведение

Теплоотвод по технологии LuxaVita® осуществляется через металлы пайки и дорожек напрямую в жидкостную среду

Драйвер светодиодов

Драйвер светодиодов расположен внутри модуля. Регулируемая мощность источника питания

Долговечность

Технология с жидкостным охлаждением LuxaVita® рекордно продлевает срок службы всех элементов фито-светильника

Межрядовое освещение

Светодиодные модули LuxaVita® не обжигают листву растений, что позволяет разместить их максимально близко

ТИПОВЫЕ СВЕТОДИОДНЫЕ МОДУЛИ

• Светодиодный модуль для многоярусных установок размером 1200х25х25мм, мощностью 50 ватт и спектральным составом для зеленных культур и пряных трав.

• Светодиодный модуль для внутриценозного освещения размером 600х32х32мм, мощностью 50 ватт и спектральным составом для томатов и огурцов.

Кроме типовых решений, мы предлагаем светодиодные модули с жидкостным охлаждением LuxaVita других габаритов по индивидуальному проекту заказчика.

Минимальный заказ — 12 светодиодных модулей.

Инновационное Жидкостное охлаждение

В основе продукта используется инновационная технология охлаждения светодиодов и LED-драйверов со 100% погружением в токонепроводящую жидкость с высоким коэффициентом теплопроводности, в корпусе из ударопрочного морозостойкого светостабилизированного поликарбоната.

Жидкость обеспечивает дополнительное рассеивание света, позволяя осветить больше растений.

Отсутствие воздействия кислорода на кристалл, люминофор и другие элементы всей светодиодной сборки обеспечивает долговечность.

Эффективное теплоотведение

Технология LuxaVita® многократно эффективнее любых существующих решений с металлическими радиаторами.
Существенным недостатком светодиодных ламп с металлическими радиаторами, является старение теплоотводящих элементов. Это приводит к перегреву кристаллов светодиодов и быстрой потере светового потока.

Теплоотвод по технологии LuxaVita® осуществляется через металлы пайки и дорожек напрямую в динамически конвектирующую жидкостную среду, которая производит теплосъём со всех сторон изделия, что обеспечивает расчетный срок службы светодиодов 100 000 и более часов (от 10 лет непрерывной работы).

Благодаря незначительному нагреву ламп, а также, при необходимости, полному удалению тепла за пределы рабочих зон применением проточных внешних рубашек, листва растений может находиться в непосредственной близости к поверхности лампы без риска получения ожогов, а расстояние между полками уменьшается, благодаря чему площадь используется наиболее эффективно.

Разнообразные Спектральные характеристики

В сотрудничестве с институтом ВНИСИ и Тимирязевской академией, подобран спектральный состав светодиодных модулей LuxaVita® для большинства культур. Светильники LuxaVita® могут обладать разнообразными спектральными характеристиками.

Мы предлагаем следующие варианты:
• Специализированный спектр для отдельных культур
• Универсальный спектр для большинства растений
• Реализуем необходимые спектральные характеристики по индивидуальному проекту заказчика.

При разработке осветительной установки для растений, мы производим специальный расчет в программе, исходя из параметров светодиодов.

Освещение во все стороны

Светодиодные линейки внутри лампы LuxaVita® могут располагаться по всей поверхности светодиодного модуля. Такая возможность, а также дополнительное рассеивание благодаря жидкости, позволяют использовать один фито-модуль LuxaVita® для освещения всех окружающих растений.

Это решение превосходно подходит для межрядового освещения растений при использовании шпалерных систем выращивания по технологии светокультуры! Позволяет без труда осуществить внутриценозное внутрирядное освещение, межрядный свет — LED interlighting, или организовать комбинированное, гибридное освещение.

Любые светодиоды в составе модулей

При изготовлении светодиодных линеек модулей LuxaVita® используются специально отобранные светодиоды ведущих производителей: Cree, Osram, Nishia, Lumileds, NationStar и другие.

Читайте также  Фотовспышка с лампой накаливания

Технология жидкостного охлаждения рекордно продлевает срок службы светодиодов, в составе наших светодиодных фито-ламп.
На протяжении всего срока службы, светодиоды в наших фито-модулях не изменяют своих спектральных характеристик, заложенных при первичном проектировании осветительной установки. Сохраняют 100% светового потока в течение всего срока службы фито-модуля!

Долговечность LED драйвера

Драйвер светодиодов расположен внутри лампы LuxaVita®, то есть погружен полностью в охлаждающую жидкость для эффективного теплоотведения и продления срока службы.
В подавляющем большинстве источников питания для светодиодов используются электролитические конденсаторы.

Известно, что электролитические конденсаторы выходят из строя по причине старения/высыхания электролита вследствие недостаточной герметичности, или перегрева. В результате выхода из строя источника питания могут выйти из строя и светодиоды.

Технология LuxaVita® исключает проблемы герметичности, и перегрев конденсатора одновременно! При погружении источника питания в охлаждающую жидкость обеспечивается особая защищенность от всех факторов внешней среды, особо надежный дополнительный уровень электроизоляции.
В результате, температура источника питания не достигнет предельных значений, а срок службы может быть продлен от 10 лет!

Системы охлаждения для светодиодов

Константин Староверов
Новости Электроники 17, 2008


Надежность и выходные характеристики светодиодов тесно связаны с температурой их перехода, что делает тепловой расчет и выбор системы охлаждения весьма ответственным этапом проектирования светодиодных систем. В статье дан обзор использующихся для управления тепловыми режимами светодиодов систем охлаждения.

Еще 10 лет назад термины светодиод и светодиодный индикатор воспринимались как синонимы. Теперь же уровень развития светодиодных технологий настолько вырос, что светодиоды могут использоваться не только в устройствах индикации, но и в качестве полноценных источников света в различных светотехнических применениях. Светодиоды (СД) как источники света обладают множеством преимуществ, среди которых — энергоэффективность, экологическая безопасность, компактность конструкции и простота регулировки.

В отличие от традиционных источников света, светодиоды не излучают тепло, а проводят его в направлении от p-n перехода к расположенному на корпусе СД теплоотводу (обычно вывод светодиода или специальная металлическая пластина). Таким образом, механизм отвода тепла в атмосферу у светодиодов более сложен. Путь отвода тепла образуется множеством тепловых сопротивлений: «p-n переход — теплоотвод корпуса», «теплоотвод корпуса — печатная плата», «печатная плата — теплоотвод», «теплоотвод — окружающая среда». Вследствие этого, использование мощных светодиодов связано с потенциальной возможностью чрезмерного увеличения температуры перехода, от которой напрямую зависят надежность и световые характеристики СД. При условии соблюдения рекомендованных производителем тепловых режимов, срок службы СД может достигать 10 лет. Нарушение же теплового режима (обычно это работа с температурой перехода более 120. 125°С) может привести к снижению срока службы до 10 раз. Кроме того, повышение температуры перехода приводит к снижению яркости свечения и смещению рабочей длины волны СД, что негативно влияет на качество цветного изображения светодиодных дисплеев.

Таким образом, светодиодная светотехническая продукция будет высоконадежной и высококачественной только при условии обеспечения работы СД в рекомендуемых производителем условиях. Температура перехода СД будет тем ниже, чем будет ниже результирующее тепловое сопротивление «переход — окружающая среда», составляющие звенья которого перечислялись ранее. Следовательно, отправной точкой в решении рассматриваемой задачи является выбор СД, обладающего как можно более низким тепловым сопротивлением «p-n переход — теплоотвод корпуса». В настоящее время от разных производителей доступны СД с тепловым сопротивлением от 2,6 до 18 К/Вт. На рисунке 1 показано сравнение конструкции двух светодиодов: обычного светодиодного индикатора диаметром 5 мм и современного мощного светодиода.

Рис. 1. Сравнение конструкций маломощного и мощного светодиодов

У светодиодного индикатора роль теплоотвода выполняет вывод катода, поэтому тепловое сопротивление достаточно велико и составляет порядка 300 К/Вт. В конструкции же современного мощного СД предусмотрен специальный теплоотвод, существенно снижающий тепловое сопротивление.

Следующим звеном теплового пути СД является переход «теплоотвод корпуса СД — печатная плата». Если использовать светодиоды мощностью менее 0,5 Вт, то вполне приемлемым будет использование обычного текстолита марки FR-4. Однако при рассеивании более высоких мощностей может потребоваться использование специальных печатных плат с металлизированным основанием и слоем диэлектрика с улучшенной теплопроводностью (см. рисунок 2а). Например, компания Bergquist выпускает широкий ассортимент таких печатных плат с тепловым сопротивлением от 0,45 до 1,5 К/Вт. Печатная плата вместе со смонтированными на ней светодиодами может быть установлена на дополнительный теплоотвод — завершающее звено теплового пути. Выбор этого теплоотвода зависит от того, какая часть общего бюджета теплового сопротивления «переход — окружающая среда» была «растрачена» на предыдущие звенья теплового пути. При рассеивании мощности менее 10. 15 Вт обычно приемлемо использование алюминиевых радиаторов. Некоторые производители СД указывают рекомендуемый тип радиатора, что существенно облегчает его выбор или поиск аналогов. Так, например, компания Future Lighting Solutions рекомендует использовать алюминиевые радиаторы компании Aavid Thermaloy. Из отечественных производителей алюминиевых радиаторов можно выделить петербургскую фирму ЛИГРА, которая выпускает широкий ассортимент игольчатых и ребристых радиаторов (см. рисунок 2б).

Рис. 2. Системы охлаждения для светодиодов

Главным недостатком конструкции теплоотвода на основе алюминиевого радиатора является многослойность. Многослойной конструкции свойственны сопутствующие переходные тепловые сопротивления, которые хоть и можно минимизировать применением специальных теплопроводящих материалов (изолирующие пластины, пасты, клейкие вещества, материалы для заполнения воздушных промежутков и др.), тем не менее, приводят к увеличению температуры перехода. Перспективным способом охлаждения СД, который избавлен от данного недостатка, является применение керамических радиаторов (примеры керамических радиаторов компании CeramTec показаны справа на рисунке 2б). Эти радиаторы характеризуются малым тепловым сопротивлением, высокой механической и диэлектрической прочностью, отличной адгезией к металлам. Сочетание таких свойств позволит создавать светотехнические устройства с полностью изолированным теплоотводом и монтажом светодиодов к контактным площадкам, размещенных непосредственно на поверхности радиатора. Проведенные немецким институтом Фраунхофера исследования показали, что использование керамического радиатора помогает до 2 раз снизить температуру перехода СД [2].

При рассеивании мощностей более 15. 20 Вт или при необходимости оптимизации размеров теплоотвода радиатор можно дополнить элементом принудительного воздушного обдува. Наиболее типичное решение — дополнение радиатора вентилятором (см. рисунок 2г). Такое решение сравнительно недорогое, но ввиду генерации звукового шума имеет ограниченное использование. Для преодоления данного недостатка и еще большего снижения размеров теплоотвода была разработана струйная технология обдува радиатора. Например, разработанные компанией Nuventix струйные системы охлаждения светодиодов SynJet® при малых размерах и низком излучаемом звуковом шуме обеспечивают тепловое сопротивление 0,75. 2,67 К/Вт. Их принцип действия основан на обдуве ребер радиатора импульсными турбулентными потоками воздуха. Такой отвод тепла более эффективен, чем при обдуве равномерным потоком воздуха.

Существуют также решения для рассеивания мощностей, измеряемых десятками и даже сотнями ватт. Столь мощные светодиодные нагрузки могут использоваться в видеопроекторах, прожекторах, специальной светосигнальной аппаратуре. Для эффективного отвода тепла здесь необходимо использовать радиаторы с тепловым сопротивлением, составляющим десятые-сотые доли К/Вт. Добиться такого малого теплового сопротивления позволяют жидкостные охладители (рисунок 2д).

Таким образом, система охлаждения мощных СД является важной составляющей частью любого светотехнического устройства, от которой зависят надежность и световые характеристики. Существует множество технологий охлаждения, которые можно использовать как по отдельности, так и комбинированно. Среди них выделяются две инновационные технологии охлаждения: с использованием керамических радиаторов и струйного обдува. Они позволяют улучшить ряд характеристик предшествующих технологий (с использованием алюминиевых радиаторов и вентиляторов, соответственно). Поскольку между технологиями охлаждения нет четкой границы, разделяющей области их использования, а стоимость смежных технологий может существенно отличаться, очень важно, чтобы проектирование светотехнической продукции осуществлялось с использованием специальных CAD-программ с возможностями моделирования тепловых процессов (например, FloTHERM компании Flomerics). Помимо более обоснованного выбора системы охлаждения, применение таких программ также позволяет минимизировать риски неудачного проектирования и ускорить продвижение продукции на рынок.

Расчет и изготовление радиатора для светодиодов

Светодиоды считаются одним из наиболее эффективных источников света, их световой поток доходит до фантастических значений, порядка 100 Лм/Вт. Люминесцентные лампы выдают в два раза меньше, а именно 50-70 Лм/Вт. Однако для долгой работы светодиода нужно выдерживать их тепловые режимы. Для этого применяются фирменные или самодельные радиаторы для светодиодов.

Зачем диодам нужно охлаждение?

Несмотря на высокие показатели светоотдачи светодиоды излучают света примерно на треть потребляемой мощности, а остальное выделяется в тепло. Если диод перегревается структура его кристалла нарушается, начинает деградировать, световой поток снижается, а степень нагрева лавинообразно увеличивается.

Причины перегрева светодиодов:

  • Слишком большой ток;
  • плохая стабилизация питающего напряжения;
  • плохое охлаждение.

Первые две причины решаются применением качественного источника питания для светодиодов. Такие источники часто называют драйвер для светодиода. Их особенность заключается не в стабилизации напряжения, а именно в стабилизации выходного тока.

Дело в том, что при перегреве сопротивление светодиода снижается и ток, протекающий через него, возрастает. Если в качестве блока питания использовать стабилизатор напряжения – процесс получится лавинообразным: больше нагрев – больше ток, а больший ток – это больший нагрев и так по кругу.

Стабилизируя ток, вы отчасти стабилизируете и температуру кристалла. Третья причина – это плохое охлаждение для светодиодов. Рассмотрим этот вопрос подробнее.

Решаем проблему охлаждения

Маломощные светодиоды, например: 3528, 5050 и им подобные отдают тепло за счёт своих контактов, да и мощность у таких экземпляров гораздо меньше. Когда мощность прибора возрастает, появляется вопрос отвода лишнего тепла. Для этого применяют системы пассивного или активного охлаждения.

Читайте также  Параллельное соединение мощных составных транзисторов

Пассивное охлаждение – это обычный радиатор, выполненный из меди или алюминия. О преимуществах материалов для охлаждения ходят споры. Достоинством такого типа охлаждение является – отсутствие шума и практически полное отсутствие необходимости его обслуживания.

Установка LED с пассивным охлаждением в точечный светильник

Активная система охлаждения – это способ охлаждения с применением внешней силы для улучшения отвода тепла. В качестве простейшей системы можно рассмотреть связку радиатор + кулер. Преимуществом является то, что такая система может быть значительно компактнее чем пассивная, до 10 раз. Недостатком — шум от кулера и необходимость его смазки.

Как подобрать радиатор?

Расчет радиатора для светодиода процесс не совсем простой, тем более для начинающего. Для его выполнения нужно знать тепловое сопротивление кристалла, а также перехода кристалл-подложка, подложка-радиатор, радиатор-воздух. Чтобы упростить решение многие пользуются соотношением 20-30 см 2 /Вт.

Это значит, что на каждый ватт LED света нужно использовать радиатор площадью порядка 30 см 2 .

Естественно, такое решение не является уникальным. Если ваша осветительная конструкция будет использоваться в подвальном прохладном помещении можно взять меньшую площадь, но при этом убедитесь, что температура светодиода в пределах нормы.

Предыдущие поколения LED комфортно чувствовали себя при температуре кристалла 50-70 градусов, новые светодиоды могут переноситьтемпературу до 100 градусов. Проще всего определить – прикоснуться рукой, если рука едва терпит – всё в порядке, а если кристалл может вас обжечь – принимайте решение для улучшения условий его работы.

Считаем площадь

Допустим мы имеем светильник мощностью 3Вт. Площадь радиатора для светодиода 3Вт, согласно описанному выше правилу будет равна 70-100см 2 . С первого взгляда может показаться большой.

Но рассмотрим расчет площади радиатора для светодиода. Для плоского пластинчатого радиатора площадь считается:

a * b * 2 = S

Где a, b – длины сторон пластины, S – полная площадь радиатора.

Откуда взялся коэффициент 2? Дело в том, что у такого радиатора две стороны и они равносильно отдают тепло окружающей среде, поэтому полная полезная площадь радиатора равна площади каждой из его сторон. Т.е. в нашем случае нужна пластина с размерами сторон 5*10см.

Для ребристого радиатора полная площадь равна – площади основания и площадям каждого из рёбер.

Охлаждение своими руками

Простейшим примером радиатора будет «солнышко», вырезанное из жести или листа алюминия. Такой радиатор может охладить 1-3Вт светодиодов. Скрутив два таких листа между собой через термопасту, можно увеличить площадь теплоотдачи.

Это банальный радиатор из подручных средств, он получается довольно тонким и использовать его для более серьёзных светильников нельзя.

Сделать своими руками радиатор для светодиода на 10W таким образом будет невозможно. Поэтому можно применить для таких мощных источников света радиатор от центрального процессора компьютера.

Если если оставить кулер, активное охлаждение светодиодов позволит использовать и более мощные LED. Такое решение создаст дополнительный шум от вентилятора и потребует дополнительного питания, плюс периодическое ТО кулера.

Площадь радиатора для 10Вт светодиода будет довольно большой – порядка 300см 2 . Хорошим решением будет использование готовых алюминиевых изделий. В строительном или хозяйственном магазине вы можете приобрести алюминиевый профиль и использовать его для охлаждения мощных светодиодов.

Сделав сборку нужной площади из таких профилей, вы можете получить неплохое охлождение, не забудьте все стыки промазать хотя бы тонким слоем термопасты. Стоит сказать, что есть специальный профиль для охлаждения, который выпускается промышленно самых разнообразных видов.

Если у вас нет возможности сделать радиатор охлаждения светодиодов своими руками вы можете поискать подходящие экземпляры в старой электронной аппаратуре, даже в компьютере. На материнской плате расположены несколько. Они нужны для охлаждения чипсетов и силовых ключей цепей питания. Отличный пример такого решения изображен на фото ниже. Их площадь обычно от 20 до 60см 2 . Что позволяет охлаждать светодиод мощностью 1-3 Вт.

Еще один интересный вариант изготовления радиатора из листов алюминия. Такой метод позволит набрать практически любую необходимую площадь охлаждения. Смотрим видео:

Как закрепить светодиод

Существует два основных способа крепления, рассмотрим оба из них.

Первый способ – это механический. Он заключается в том, чтобы прикрутить светодиод саморезами или другим крепежом к радиатору, для этого нужна специальная подложка типа «звезда» (см. star). К ней припаивается диод, предварительно смазанный термопастой.

На «пузе» у светодиода есть специальный контактный пятачок диаметром как сигарета типа slim. После чего к этой подложке припаиваются питающие провода, и она прикручивается к радиатору. Некоторые светодиоды поступают в продажу уже закреплённые на переходной пластине, как на фото.

Второй способ – это клеевой. Он пригоден как и для монтажа через пластину, так и без неё. Но метал к металлу крепить не всегда получается, чем приклеить светодиод к радиатору? Для этого нужно приобрести специальный термопроводящий клей. Он может встречаться как в хозяйственной, так и в магазине радиодеталей.

Выглядит результат такого крепления следующим образом.

Выводы

Как вы могли убедится радиатор для светодиода можно найти как в магазине, так и порывшись в своих старых приборах, или просто в залежах всяких мелочей. Не обязательно использовать специальное охлаждение.

Площадь радиатора зависит от ряда условий, таких как влажность, температура окружающего воздуха и материал радиатора, но при бытовом решении ими пренебрегают.

Всегда уделяйте особое внимание проверке тепловых режимов ваших устройств. Таким образом вы обеспечите их надёжность и долговечность. Можно определять температуру рукой, но лучше приобретите мультиметр с возможностью её измерения.

Жидкостное охлаждение светодиода.

  • Сообщений: 39
  • Спасибо получено: 17

Пожалуйста Войти или Регистрация, чтобы присоединиться к беседе.

  • Владимир4
  • —>
  • Не в сети
  • Ихтиандр
  • Сообщений: 601
  • Спасибо получено: 249

suntechnik пишет: Уважаемые Мастера! Хочу поинтереслваться, может кто-то уже пробовал на практике обеспечение эффективной теплоотдачи светодиода 10 Вт путем заливки полости светоотражателя незамерзающей и токонепроводящей жидкостью типа спирта, бензина, ацетона и тп. Кстати, так будет обеспечен не только теплоотвод, но и герметичность. Не хочется топтаться по старым граблям.

Пожалуйста Войти или Регистрация, чтобы присоединиться к беседе.

  • Serg
  • —>
  • Не в сети
  • Ихтиандр
  • Сообщений: 644
  • Спасибо получено: 479

suntechnik пишет: Уважаемые Мастера! Хочу поинтереслваться, может кто-то уже пробовал на практике обеспечение эффективной теплоотдачи светодиода 10 Вт путем заливки полости светоотражателя незамерзающей и токонепроводящей жидкостью типа спирта, бензина, ацетона и тп. Кстати, так будет обеспечен не только теплоотвод, но и герметичность. Не хочется топтаться по старым граблям.

Теплопроводность воды 0,599 Вт / (м · °С)
Т.е. примерно (хуже) как у кирпича
Выводы делайте сами.

медь……………………. 403,00
сталь……………………. 58,00
гранит……………………. 2,92
бетон тяжелый…………. 1,28—1,55
кирпич глиняный………. 0,70—0,85
туф……………………….. 0,35—0,45
сосна:
вдоль волокон 0,30
поперек волокон 0,17
минеральная вата 0,06—0,09
бетон теплоизоляционный . .0,03—0,08
вода… … 0,599
воздух 0,023

Пожалуйста Войти или Регистрация, чтобы присоединиться к беседе.

  • Захар
  • —>
  • Не в сети
  • Модератор
  • Сообщений: 7221
  • Спасибо получено: 14209

Пожалуйста Войти или Регистрация, чтобы присоединиться к беседе.

  • lamantin70
  • —>
  • Не в сети
  • Ихтиандр
  • Сообщений: 1419
  • Спасибо получено: 2009

Пожалуйста Войти или Регистрация, чтобы присоединиться к беседе.

  • suntechnik
  • Автор темы —>
  • Не в сети
  • Дельфин
  • Практика-основа познания. (В. И. Ленин)
  • Сообщений: 39
  • Спасибо получено: 17

Пожалуйста Войти или Регистрация, чтобы присоединиться к беседе.

  • Владимир4
  • —>
  • Не в сети
  • Ихтиандр
  • Сообщений: 601
  • Спасибо получено: 249

suntechnik пишет: Насчет светопоглощения.Как-то странно, что пара сантиметров ДО стекла поглощают аж ПОЛОВИНУ света, а остальную половину поглощают 2- 3 м воды. Я хотел спросить- ЛИЧНО кто-то уже топтал эти грабли? Кстати, а с «голым» светодиодом ( без стекла) кто-то ваял фонари?

попробуй уточнить -для понимания
= кто из подвохов охотится без маски

это примерно аналогичная ситуация
при всем что светодиоды не расчитаны на погружение в открытую воду
— если не вериш поэкспериментируй со своим мобильником сколько времени он проработает будучи погруженным в воду на пляже в присутствии большой толпы любопытных .
и сколько из этой толпы назовут это деяние научным экспериментом.

Пожалуйста Войти или Регистрация, чтобы присоединиться к беседе.

  • ВАЛЕРИЙ ВАСИЛЬЕВИЧ
  • —>
  • Не в сети
  • Ихтиандр
  • Сообщений: 3177
  • Спасибо получено: 2662

suntechnik пишет: Уважаемые Мастера! Хочу поинтереслваться, может кто-то уже пробовал на практике обеспечение эффективной теплоотдачи светодиода 10 Вт путем заливки полости светоотражателя незамерзающей и токонепроводящей жидкостью типа спирта, бензина, ацетона и тп. Кстати, так будет обеспечен не только теплоотвод, но и герметичность. Не хочется топтаться по старым граблям.

Теплопроводность воды 0,599 Вт / (м · °С)
Т.е. примерно (хуже) как у кирпича
Выводы делайте сами.

медь……………………. 403,00
сталь……………………. 58,00
гранит……………………. 2,92
бетон тяжелый…………. 1,28—1,55
кирпич глиняный………. 0,70—0,85
туф……………………….. 0,35—0,45
сосна:
вдоль волокон 0,30
поперек волокон 0,17
минеральная вата 0,06—0,09
бетон теплоизоляционный . .0,03—0,08
вода… … 0,599
воздух 0,023

Пожалуйста Войти или Регистрация, чтобы присоединиться к беседе.