April 16, 2020
Расчет радиатора для светодиода

Для мощных светодиодов обязательно требуется теплоотвод, поскольку величина рассеиваемой мощности в них на порядок больше, чем в обычных, таких как SMD 2538, SMD 5630 и SMD5730 и пр. Причина и в том, что перегрев сокращает срок службы диода. В результате он плавно теряет свою яркость.

Для охлаждения традиционно используют радиаторы. Холодные частицы воздуха нагреваются от его нагретой поверхности и устремляются вверх. На их место приходят новые холодные массы, и цикл повторяется.

Существует два способа охлаждения светодиода:

  • Пассивное. Это и есть охлаждение с помощью радиатора. Его главным преимуществом считается отсутствие шума и минимум требований к обслуживанию.
  • Активное. Отличается от предыдущего вида улучшенным отводом тепла за счет применения внешней силы. Простейший вариант активного охлаждения – сочетание радиатора с кулером. В сравнении с пассивной системой оно более компактное, но при этом кулер может издавать шум.

Какой радиатор нужен для светодиода

У материала, из которого изготовлен радиатор, должна быть теплопроводность не менее 5-10 Вт. При меньшем значении прибор не сможет эффективно отводить все тепло, поскольку окружающий воздух может принять не более 5-10 Вт с единицы поверхности. При этом значение теплопроводности выше 10 Вт нерационально, поскольку эффективность радиатора от этого не увеличится.

Радиаторы различаются по материалу изготовления. Существуют разные модели:

  • Алюминиевые. Наиболее распространенные, хорошо справляются с отводом тепла. Минусом считают многослойность конструкции, из-за чего в конструкцию приходится добавлять дополнительные токопроводящие материалы.
  • Медные. Теплопроводность меди больше, чем алюминия, но она уступает ему по легкости и технологичности (медь – менее податливый материал).
  • Керамические. Представляют собой подложки с токоведущими трассами, к которым припаивают светодиоды. В сравнении с металлическими отводят примерно в 2 раза больше тепла.

В конструктивном плане существует три типа радиаторов для светодиодов:

  • Пластинчатый. Представляет собой комплекс пластин, соединенных несколькими трубками.
  • Ребристый. Используется для принудительного (активного) охлаждения светодиодов.
  • Штыревой (игольчатый, стержневой). Применяется в основном для естественного охлаждения светодиодов. Считается, что при равных размерах пассивный игольчатый радиатор на 70% эффективнее ребристого.

Радиатор любой конструкции может иметь квадратную, круглую или прямоугольную форму. Конкретный вид выбирают в зависимости от потребностей в мощности системы охлаждения.

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.