Радіатори для світлодіодів своїми руками: розрахунок площі деталі, вибір матеріалу, кріплення

Будова і принципи функціонування радіатора для світлодіодів. Правила вибору матеріалу і площі деталі. Робимо радіатор своїми руками легко і швидко.

Поширена думка, що світлодіоди не нагріваються – оману. Виникло воно тому, що малопотужні світлодіоди на дотик не гарячі. Вся справа в те, що вони оснащені відвідників тепла – радіаторами.

Принцип дії

Головним споживачем тепла, що виділяється світлодіодом, є навколишнє повітря. Його холодні частинки підходять до нагрітої поверхні теплообмінника (радіатора), нагріваються і спрямовуються вгору, звільняючи місце новим холодним масам.

При зіткненні з іншими молекулами відбувається розподіл (розсіювання) тепла. Чим більше площа поверхні радіатора, тим інтенсивніше він передасть тепло від світлодіода повітрю.

Детальніше про принципи роботи світлодіодів читайте тут.

Кількість поглиненого повітряною масою тепла з одиниці площі не залежить від матеріалу радіатора: ефективність природного «теплового насоса» обмежена його фізичними властивостями.

види

Радіатори для охолодження світлодіодів розрізняються по конструкції і матеріалу.

Матеріали для виготовлення

Навколишнє повітря може прийняти не більше 5-10 Вт з одиничною поверхні. При виборі матеріалу для виготовлення радіатора слід взяти до уваги виконання наступної умови: теплопровідність його повинна бути не менше 5-10 Вт. Матеріали з меншим параметром не зможуть забезпечити передачу всього тепла, яке може прийняти повітря.

Теплопровідність вище 10 Вт буде технічно надлишкової, що спричинить за собою невиправдані фінансові витрати без збільшення ефективності радіатора.

Для виготовлення радіаторів традиційно використовують алюміній, мідь або кераміку. Останнім часом з’явилися вироби, виконані з теплорассеівающіх пластмас.

Рекомендуємо Вам також більш детально прочитати про імпульсний блок живлення своїми руками.

алюмінієві

Основним недоліком алюмінієвого радіатора є багатошаровість конструкції. Це неминуче призводить до виникнення перехідних теплових опорів, долати які доводиться за допомогою застосування додаткових теплопровідних матеріалів:

  • клейких речовин;
  • ізолюючих пластин;
  • матеріалів, що заповнюють повітряні проміжки тощо.

Алюмінієві радіатори зустрічаються найчастіше: вони добре пресуються і цілком стерпно справляється з відведенням тепла.

мідні

Мідь має більшу теплопровідність, ніж алюміній, тому в деяких випадках її використання для виготовлення радіаторів виправдано. В цілому ж даний матеріал поступається алюмінію в плані легкості конструкції і технологічності (мідь – менш податливий метал).

Виготовлення мідного радіатора методом пресування – найбільш економічним – неможливо. А обробка різанням дає великий відсоток відходів дорогого матеріалу.

керамічні

Одним з найбільш вдалих варіантів теплоотводчіка є керамічна підкладка, на яку попередньо наносяться струмопровідні траси. Безпосередньо до них і підпоюють світлодіоди. Така конструкція дозволяє відвести в два рази більше тепла в порівнянні з металевими радіаторами.

пластмаси теплорассеівающіх

Все частіше з’являється інформація про перспективи заміни металу і кераміки на терморассеівающую пластмасу. Інтерес до цього матеріалу зрозумілий: чи варто пластмаса набагато дешевше алюмінію, а її технологічність набагато вище. Однак теплопровідність звичайної пластмаси не перевищує 0,1-0,2 Вт / м.К. Домогтися прийнятної теплопровідності пластмаси вдається за рахунок застосування різних наповнювачів.

При заміні алюмінієвого радіатора на пластмасовий (рівної величини) температура в зоні підведення температур зростає всього на 4-5%. З огляду на, що теплопровідність теплорассеівающей пластмаси набагато менше алюмінію (8 Вт / м.К проти 220-180 Вт / м.К), можна зробити висновок: пластичний матеріал цілком конкурентоспроможний.

Таблиця – Порівняння теплопровідності різних матеріалів

матеріал Теплопровідність, Вт / м.К
алюміній 120-240
мідь 401
кераміка 15-40; 100-200
теплорассеівающіх пластмаси 1 – 40
Термопаста 0,1 – 10

Конструктивні особливості

Конструктивно радіатори діляться на дві групи:

  • голчасті;
  • ребристі.

Перший тип, в основному, застосовується для природного охолодження світлодіодів, другий – для примусового. При рівних габаритних розмірах пасивний голчастий радіатор на 70 відсотків ефективніше ребристого.

Але це не означає, що пластинчасті (ребристі) радіатори годяться тільки для роботи в парі з вентилятором. Залежно від геометричних розмірів, вони можуть застосовуватися і для пасивного охолодження.

Зверніть увагу на відстань між пластинами (або голками): якщо воно становить 4 мм – пристрій призначений для природного відводу тепла, якщо зазор між елементами радіатора всього 2 мм – його необхідно комплектувати вентилятором.

Обидва типи радіаторів в поперечному перерізі можуть бути квадратними, прямокутними або круглими.

Рекомендуємо Вам також ознайомитися з електромагнітним пристроєм – дросель для ламп.

Розрахунок площі радіатора

Методики точного розрахунку параметрів радіатора передбачають врахування безліч факторів:

  • параметри навколишнього повітря;
  • площа розсіювання;
  • конфігурацію радіатора;
  • властивості матеріалу, з якого виготовлений теплообмінник.

Але всі ці тонкощі потрібні для проектувальника, який розробляє тепловідвід. Радіоаматори найчастіше використовують старі радіатори, взяті з відслужила свій термін радіоапаратури. Все, що їм треба знати – яка максимальна розсіює потужність теплообмінника.

Підрахувати цей параметр можна за формулою:

Ф = а х Sх (Т1 – Т2), де

  • Ф – тепловий потік (Вт);
  • S – площа поверхні радіатора (сума площ всіх ребер або голок і підкладки в кв. М). Підраховуючи площа, слід мати на увазі, що ребро або пластина має дві поверхні відводу тепла. Тобто площа тепловідведення прямокутника площею 1 см2 складе 2 см2. Поверхня голки розраховується як довжина кола (? Х D), помножена на її висоту;
  • Т1 – температура тепловідводної середовища (граничної), К;
  • Т2 – температура нагрітої поверхні, К;
  • а – коефіцієнт тепловіддачі. Для неполірованих поверхонь приймається рівним 6-8 Вт / (м 2 К).

Є ще одна спрощена формула, отримана експериментальним шляхом, за якою можна розрахувати необхідну площу радіатора:

S = [22 – (M x 1.5)] x W, де

  • S – площа теплообмінника;
  • W – підведена потужність (Вт);
  • M – незадіяна потужність світлодіода.

Для ребристих радіаторів, виготовлених з алюмінію, можна скористатися зразковими даними, представленими тайванськими фахівцями:

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

Однак слід врахувати, що вищенаведені дані неточні, так як вони вказуються в діапазонах з досить великим розгоном. До того ж визначені дані величини для клімату Тайваню. Їх можна використовувати тільки для проведення попередніх розрахунків.

Отримати найбільш достовірну відповідь про оптимальний спосіб розрахунку площі радіатора можна на наступному відео:

саморобні теплоотводчікі

Радіоаматори рідко беруться за виготовлення радіаторів, оскільки цей елемент – річ відповідальна, безпосередньо впливає на довговічність світлодіода. Але в житті бувають різні ситуації, коли доводиться майструвати теплоотводчік з підручних засобів.

Рекомендуємо Вам також більш детально прочитати про виготовлення діммера своїми руками.

Варіант 1

Найпростіша конструкція саморобного радіатора – коло, вирізаний з листа алюмінію з виконаними на ньому надрізами. Отримані сектора трохи відгинаються (виходить щось, схоже на крильчатку вентилятора).

По осях радіатора відгинаються 4 вусики для кріплення конструкції до корпусу лампи. Світлодіод можна закріпити через термопасту саморізами.

Варіант 2

Радіатор для світлодіода можна виготовити своїми руками зі шматка труби прямокутного перетину і алюмінієвого профілю.

Необхідні матеріали:

  • труба 30х15х1,5;
  • прес-шайба діаметром 16 мм;
  • термоклей;
  • термопаста КТП 8;
  • профіль 265 (Ш-подібний);
  • саморізи.

У трубі для поліпшення конвекції свердлити три отвори діаметром 8 мм, а в профілі – отвори діаметром 3,8 мм – для його кріплення саморізами.

Світлодіоди приклеюються до труби – основи радіатора – за допомогою термоклея.

У місцях з’єднання деталей радіатора наноситься шар термопасти КТП 8. Потім здійснюється складання конструкції за допомогою саморізів з прес шайбою.

Способи кріплення світлодіодів до радіатора

Світлодіоди прикріплюють до радіаторів двома способами:

  • механічним;
  • приклеюванням.

Приклеїти світлодіод можна на термоклей. Для цього на металеву поверхню наноситься крапелька клейової маси, потім на неї сідає світлодіод.

Для отримання міцного з’єднання світлодіод необхідно на кілька годин придавити невеликим вантажем – до порожнього висихання клею.

Однак більшість радіоаматорів воліють механічне кріплення світлодіодів. Зараз випускаються спеціальні панелі, за допомогою яких можна швидко і надійно змонтувати світлодіод.

У деяких моделях передбачені затискачі для вторинної оптики. Монтаж виконується просто: на радіатор встановлюється світлодіод, на нього – панелька, яка кріпиться до основи саморізами.

Але не тільки радіатори для світлодіода можна виготовити самостійно. Любителям займатися рослинами рекомендуємо ознайомитися зі світлодіодним лампою для розсади своїми руками.

Якісне охолоджування світлодіода є запорукою довговічності світлодіода. Тому до підбору радіатора слід підходити з усією серйозністю. Найкраще використовувати готові теплообмінники: вони продаються в магазинах радіотоварів. Коштують радіатори недешево, зате легко монтуються і світлодіод захищає від надлишку тепла надійніше.

Ссылка на основную публикацию