Андрей Смирнов
Время чтения: ~15 мин.
Просмотров: 0

Разновидности теплопроводящих клеев с описанием

КАК РАССЧИТАТЬ РАДИАТОР ДЛЯ СВЕТОДИОДА

Расчет радиатора для светодиода осуществляется не по площади поверхности, а по полезной площади рассеивания. Чем она больше, тем интенсивнее устройство будет передавать тепло воздуху. Еще необходимо учитывать подводимую мощность. Если светодиод будет использоваться на полную мощность, то и в охлаждении он будет нуждаться сильнее

Не менее важно учитывать, где устройство будет расположено: на улице или в помещении

Методика профессионального расчета учитывает несколько важных факторов:

  • показатели окружающего воздуха;
  • модификация радиатора;
  • материал теплоотводчика;
  • площадь рассеивания.

Но такие характеристики учитываются обычно проектировщиками, которые разрабатывают теплоотвод. В бытовых условиях можно воспользоваться более простой формулой. Она предполагает вычисление максимальной рассеиваемой мощности теплообменника.

Ф = а · S · (Т1 – Т2),

где Ф – величина теплового потока, S – площадь поверхности радиатора (всех теплоотводящих поверхностей), Т1 и Т2 – температура среды, отводящей тепло, и температура нагретой поверхности соответственно, а – коэффициент теплоотдачи (условно принимается 6-8 Вт/м2·К).

При расчете площади поверхности теплоотводчика нужно учитывать следующее:

  • У пластинчатых и ребристых радиаторов есть 2 поверхности для отвода тепла, поэтому в формуле это будет не S, а 2S.
  • У игольчатых радиаторов площадь поверхности теплоотвода определяется как длина окружности (π · D), которую умножили на высоту (H).

Есть более простая формула расчета площади радиатора для светодиода, которая популярна среди пользователей интернета как экспериментальная. Она применима для алюминиевых радиаторов и выглядит следующим образом:

Sох = (22 – (М · 1,5) · W,

где Sох – площадь охладителя, М – не задействованная мощность светодиода (Вт), W – подведенная мощность (Вт). Получаемой по формуле площади достаточно для естественного охлаждения светодиода без применения кулера. Применяя формулу для расчета медного радиатора, площадь необходимо уменьшить в 2 раза.

Можно не производить расчет радиатора охлаждения светодиода, а воспользоваться усредненными данными, которые отражают зависимость площади от мощности. Для алюминиевых радиаторов актуальны следующие значения:

  • 1 Вт – 10-15 см2;
  • 3 Вт – 30-50 см2;
  • 10 Вт – 1000 см2;
  • 60 Вт – 7000-7300 см2.

Указанная площадь радиатора светодиода имеет достаточно большой разброс, поэтому данные считаются приблизительными, что нужно учитывать при выборе подходящего устройства

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.

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.

Вариант 1 – самодельный радиатор из алюминия

Вариант 2

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

Необходимые материалы:

  • 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.

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.

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 .

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.

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.

На что можно наклеивать светодиодную ленту?

К сожалению не все материалы способны длительно и надёжно удерживать ленту. Основной фактор, влияющий на качество крепления – чистота поверхности, на которую она будет закреплена. От неподготовленной и загрязнённой поверхности рано или поздно она начнёт отваливаться в разных местах.

Идеальным креплением является алюминиевый профиль, специально предназначенный для монтажа светодиодных лент всех видов. Его гладкая и чистая поверхность служит не только надёжным основанием, но и отличным радиатором. Фронтальную часть профиля можно закрыть матовым рассеивателем, благодаря которому светильник приобретает приятный внешний вид и не слепит глаза.

Стандартная клеевая основа не пригодна для длительной фиксации как с изделиями из чистого дерева, так и с аналогичными шероховатыми поверхностями. Обеспечить надёжное крепление в таких случаях лучше всего с помощью профиля. Если же профиль никак не вписывается в интерьер, то придётся идти на крайние меры и прибегнуть к услугам суперклея. Наносить его следует не сплошной полосой, а отдельными каплями примерно через 10 см.


Только не нужно следовать советам горе-мастеров, которые рекомендуют надёжно закрепить светодиодную ленту с помощью термоклея.

  • современные светодиоды выделяют столько тепла, что способны расплавить термоклей, который станет источником вредного запаха;
  • термоклей тормозит отвод тепла и, следовательно, провоцирует перегрев излучающих кристаллов.

Отсутствие качественного прижима может проявляться не только из-за дефектов на ответной поверхности. Причиной плохого контакта может стать низкокачественный клей на самой ленте. Кстати, даже хороший клей со временем теряет свои свойства. Особенно, если изделие несколько лет лежало в не отапливаемом складе с несоблюдением условий хранения

Так что во время покупки не будет лишним обратить внимание на дату изготовления

Термальное соединение: Arctic Silver 5

Arctic Silver 5 — это термопаста из полусинтетического серебра высокой плотности, похожая на Arctic Silver Thermal Epoxy без адгезивных материалов. Соединение содержит 3,5 г смеси, состоящей из частиц микронизированного серебра, субмикронного оксида цинка, оксида алюминия и нитрида бора. Термопаста использует три уникальные формы и размеры чистых частиц серебра 99,9%, что максимизирует площадь контакта частицы с частицей, что обеспечивает больший тепловой путь и лучшую передачу тепла!

p, blockquote 21,0,0,0,0 —>

Сочетание этого серебра с теплопроводящими керамическими частицами обеспечивает высокий уровень производительности и стабильности. Это идеально подходит для укрепления связи между вашей PCB (типа звезда или другие) и радиатором. Это соединение не будет удерживать светодиоды на месте, поэтому этот тип соединения используется, когда вы используете винты для удержания светодиода.

p, blockquote 22,0,0,0,0 —>

ВНИМАТЕЛЬНО

p, blockquote 23,0,0,0,0 —>

Если вы используете винты, вы всегда должны использовать пластиковые шайбы между винтом и PCB, чтобы минимизировать контакт с платой и повреждение.

p, blockquote 24,0,0,0,0 —>

Арктический глинозем Термоклей

Арктический глинозем — это теплопроводящая эпоксидная смола, которая является чистым электрическим изолятором. В отличие от арктического серебра, здесь нет шансов провести электричество. Хотя тепловые свойства не так велики, как у серебра, зато не проводит электричество.

p, blockquote 16,0,0,0,0 —>

p, blockquote 17,0,0,0,0 —>

Эпоксидная смола представляет собой слоистый композит из оксида алюминия (известный как глинозем) и нитрида бора. Существует система, состоящая из двух частей, как и у Arctic Silver. Глинозем поставляется в 2,5 г. шприцах для общего количества 5 г. клея. Хотя это легче, чем арктическое серебро (7 г), вы все равно получите тот же объем (3 куб. См) и даже сможете покрыть большую площадь, поскольку глинозем имеет более жидкую консистенцию.

p, blockquote 18,0,0,0,0 —>

Каким образом изготавливаются теплоотводчики

Не все радиолюбители с охотой берутся за изготовление подобных устройств. Ведь оно будет выполнять ведущую роль. От того, насколько качественно будет сделан своими руками теплоотводчик, зависит срок эксплуатации осветительной установки, выполненной из светодиодов. Поэтому многие предпочитают не рисковать и покупать аппараты для системы охлаждения в специализированных магазинах.

Самодельный радиатор для диодов

Но бывают ситуации, когда нет возможности купить, но его можно изготовить из подручных средств, которые без проблем отыщутся в домашней лаборатории любого радиолюбителя. И здесь подходят два способа изготовления.

Трехфазная вязкость арктического серебра

Три теплопроводящих пасты, прежде всего, используют уникальную смесь современных полисинтетических масел, которые обеспечивают три различные функциональные фазы. Эти три этапа выделяют продукты Arctic Silver, так как это значительно упрощает их применение и максимизирует эффективность охлаждения в течение срока службы ваших светодиодов.

p, blockquote 25,0,0,0,0 —>

Первая стадия начинается, когда термический материал сначала выходит из шприца. Консистенция тонкая и спроектирована для легкого нанесения, что позволяет легко распределить ее по радиатору. Эта начальная фаза имеет время отверждения около 5 минут, вы должны планировать ее распространение и размещение светодиода в течение этого времени, чтобы он не затвердел до того, как светодиод будет установлен на место. Вторая фаза начинается после того, как вы поместите светодиодную звезду и во время первоначального использования светодиодов. Эта стадия позволяет термопасте разжижаться еще больше, заполняя микроскопические долины, где поверхность не покрыта. Эта стадия обеспечивает наилучший контакт между радиатором и светодиодом. В следующие 50-200 часов использования материал загустеет до окончательной консистенции, рассчитанной на долгосрочную стабильность.

p, blockquote 26,0,0,0,0 —>

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.


Вариант 1 – самодельный радиатор из алюминия

Вариант 2

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

Необходимые материалы:

  • 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.

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.

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.

Типы радиаторов

Некоторые соображения относительно пассивных тепловых конструкций, т.е радиаторов для светодиодов, для обеспечения хорошего управления температурой при работе светодиодов высокой мощности включают в себя:

Клей

Клей обычно используется для склеивания светодиодов и платы, а также платы и радиаторов. Использование теплопроводящего клея может дополнительно оптимизировать тепловые характеристики.

Радиатор

Радиаторы обеспечивают путь для прохождения тепла от светодиодного источника к внешней среде. Радиаторы могут рассеивать энергию тремя способами: проводимость (передача тепла от одного тела к другому), конвекция (передача тепла от твердого тела к движущейся жидкости, которая для большинства применений СИД будет воздухом) или излучение (передача тепла от двух тел различных температур поверхности через тепловое излучение ).

  • Материал – Теплопроводность материала, из которого сделан радиатор, напрямую влияет на эффективность рассеивания за счет теплопроводности. Обычно это алюминий , хотя медь может использоваться с преимуществом для плоских радиаторов. Новые материалы включают термопласты, которые используются, когда требования к теплоотдаче ниже, чем нормальные, или сложная форма получит преимущество от литья под давлением, а также решения из натурального графита, которые обеспечивают лучшую теплопередачу, чем медь, с меньшим весом, чем алюминий, плюс возможность формования в комплекс. двумерные фигуры. Графит считается экзотическим решением для охлаждения и имеет более высокую стоимость производства.
  • Форма – Термический перенос происходит на поверхности радиатора. Поэтому радиаторы должны иметь большую площадь поверхности. Эта цель может быть достигнута путем использования большого количества мелких ребер или увеличения размера самого радиатора.

Зависимость теплопроводности радиатора для светодиодов от формы

Хотя большая площадь поверхности приводит к лучшей эффективности охлаждения, между ребрами должно быть достаточно места, чтобы создать значительную разницу температур между ребром и окружающим воздухом. Когда ребра стоят слишком близко друг к другу, воздух между ними может стать почти такой же температуры, как ребра, так что передача тепла не произойдет. Следовательно, большее количество ребер не обязательно приводит к лучшей производительности охлаждения.

  • Отделка поверхности – тепловое излучение радиаторов является функцией отделки поверхности, особенно при более высоких температурах. Окрашенная поверхность будет иметь большую излучательную способность, чем яркая, неокрашенная. Эффект наиболее заметен в плоских радиаторах, где около трети тепла рассеивается излучением. Кроме того, идеально плоская область контакта позволяет использовать более тонкий слой термопласта, что уменьшит тепловое сопротивление между радиатором и светодиодным источником. С другой стороны, анодирование или травление поверхности контакта также уменьшает тепловое сопротивление.
  • Способ монтажа – крепления радиатора с помощью винтов или пружин часто лучше, чем обычные зажимы, теплопроводящий клей или клейкая лента.

Для теплообмена между светодиодными источниками мощностью более 15 Вт и радиатором рекомендуется использовать материал теплопроводности интерфейса с высокой теплопроводностью (TIM), который создаст тепловое сопротивление на границе раздела ниже 0,2 К / Вт. В настоящее время наиболее распространенным решением является и материал с фазовым переходом , который наносится в виде твердой прокладки при комнатной температуре, но затем превращается в густую желатиновую жидкость, когда она поднимается выше 45 ° C.

Что нужно знать при работе со светодиодами?

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

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

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

На сегодняшний день можно выделить 3 основных способа отведения тепла:

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

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

Первый способ охлаждения светодиодов

Этот метод основан на излучении тепловых волн в атмосферу, или тепловой конвекции. Способ относится к разряду пассивного охлаждения. Часть энергии поступает в атмосферу лучистым инфракрасным потоком, а часть уходит посредством циркуляции нагретого воздуха от радиатора.

Среди техники для светодиодов пассивная охлаждающая схема получила наибольшее распространение. Она не обладает вращающимися механизмами и не требует периодического обслуживания.

К минусам этой системы можно отнести необходимость установки крупного теплоотвода. Вес его достаточно большой, да и цена на него высокая.

Особенности вычислений

Расчет схемы для создания своими руками радиатора всегда следует начинать с подбора элементной базы. Не забывайте, что номинал здесь должен отвечать не только потенциалу собираемого теплоотводчика, но и предотвращению создания дополнительных потерь. Иначе самодельный аппарат будет иметь низкую эффективность. И в первую очередь для этого необходимо провести расчет площади радиатора.
Что должен включать расчет такого параметра, как площадь:

  • модификация аппарата;
  • какая имеется площадь рассеивания;
  • показатели окружающего воздуха;
  • материал, из которого изготавливается теплоотводчик.

Такие нюансы необходимо учитывать тогда, когда проектируется новый радиатор, а не переделывается старый. Самым важным для самостоятельно сборки теплоотводника будет показатель максимально допустимого рассеивания мощности теплообменного элемента.
Чтобы рассчитать площадь радиатора существует два способа.
Первый метод расчета. Для того чтобы определить требуемую площадь, нужно использовать формулу F = а х S х (T1 – T2), где:

  • F — тепловой поток;
  • S – площадью поверхности теплоотводчика;
  • T1 — показатель температуры среды, которая отводит тепло;
  • T2 — температура, которую имеет нагретая поверхность;
  • а – коэффициент, отражающий теплоотдачу. Данный коэффициент для неполированных поверхностей условно принимается равным 6-8 Вт/(м2К).

Длина окружности

Используя этот способ расчета необходимо помнить, что пластина или ребро имеют две поверхности для отвода тепла. При этом расчет поверхности иглы проводится с помощью длины окружности (π х D), которую нужно умножить на показатель высоты.
Второй метод расчета. Здесь используется несколько упрощенная формула, выведенная экспериментальным путем. В данном случае используется формула S = x W, где:

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

При этом если будет изготавливаться ребристый алюминиевый аппарат, можно использовать в расчетах данные, которые получили тайванские специалисты:

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

Но в такой ситуации необходимо помнить, что приведенные выше данные подходят к климатическим условиям Тайваня. В нашем случае их стоит брать только лишь при проведении предварительных вычислений.

Система Толстопленочных Материалов.

  • Аддитивный процесс – Толстая пленка – это процесс селективного осаждения добавки, при котором материал используется только там, где это необходимо. Обеспечивается более прямое подключение к алюминиевому радиатору; поэтому материал теплового интерфейса не требуется для построения схемы. Уменьшает теплорассеивающие слои и тепловой след. Стадии обработки сокращаются вместе с количеством материалов и количеством потребляемых материалов.
  • Изолированная система алюминиевых материалов – увеличивает тепловую связь и обеспечивает высокую прочность на разрыв. Материалы можно обжигать при температуре менее 600 ° C. Цепи встроены непосредственно в алюминиевые подложки, что исключает необходимость в материалах для теплового интерфейса . Благодаря улучшенным тепловым связям температура соединения светодиода может быть уменьшена до 10 ° C. Это позволяет разработчику уменьшить количество светодиодов на плате, увеличив мощность каждого светодиода; или уменьшить размер подложки, чтобы управлять размерными ограничениями. Также доказано, что снижение температуры соединения светодиода значительно увеличивает срок его службы.
Рейтинг автора
5
Материал подготовил
Максим Иванов
Наш эксперт
Написано статей
129
Ссылка на основную публикацию
Похожие публикации