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

Как правильно рассчитать радиатор охлаждения

 

Андрей Студенев, г. Запорожье Во время своей работы интегральные стабилизаторы напряжения, особенно линейные, выделяют в окружающую среду определенное количество тепла. Если заранее не позаботиться об их охлаждении, то они могут выйти из строя, из-за перегрева рабочей структуры кристалла. Для обеспечения высокой точности и стабильности напряжения питания в современных электронных устройствах широкое распространение получили интегральные стабилизаторы напряжения (ИМС) серии хх78хх (отечественный аналог КР142) которые производят многие зарубежные фирмы. Параметры некоторых ИМС стабилизаторов напряжения согласно данным из , приведены в табл.1.

При мощности нагрузки более 1 Вт, ИМС линейного стабилизатора напряжения необходимо эксплуатировать с теплоотводом, к которому они крепятся болтовым соединением. Промышленность выпускает различные виды радиаторов на любой вкус: пластинчатые, ребристые, штыревые, игольчатые и др. Выбор теплоотвода сводится к определению его конструкции и размеров, которые обеспечат теплостойкость. Охладитель в форме пластины конечно очень прост в изготовлении, имеет сравнительно небольшую стоимость. Площадь его поверхности равна сумме площадей двух сторон. Для изготовления пластинчатых охладителей следует использовать алюминиевые пластины с толщиной 1.5…3 мм. Такие радиаторы целесообразно применять при небольших мощностях рассеивания, т.к. иначе такой радиатор получается очень габаритным. Для повышения эффективности теплоотвода и уменьшения габаритов целесообразно использовать ребристые и штыревые охладители. Ребристый радиатор обычно бывает или цельнолитой, либо фрезерованный, а также может быть с одно или двухсторонним оребрением. Двухстороннее оребрение позволяет увеличить площадь поверхности. Самым эффективным является штыревой (игольчатый) теплоотвод, который не требует строгой пространственной ориентации в электронном устройстве. При минимальном объеме такой радиатор имеет эффективную максимальную площадь рассеивания. Площадь поверхности у такого радиатора равна сумме площадей каждого штырька плюс площадь основания. Материалом для радиаторов обычно служит алюминий и его сплавы. Лучшей эффективностью отвода тепла обладают охладители, выполненные из меди, однако вес и стоимость у таких радиаторов больше, чем у алюминиевых теплоотводов. Пример расчета Расчет будем производить на примере ИМС LM7805 (аналог КР142ЕН5В). Для расчета нужны следующие данные: • максимальное напряжение питания, подаваемое на стабилизатор Umax = 15 В; напряжение на выходе стабилизатора Uвых = 5 В; • максимальный ток нагрузки Iн = 1 А; • допустимую температуру радиатора примем равной Т = 50°С. Максимальное падение напряжения ∆U на стабилизаторе напряжения определяется согласно формуле (1): ∆U=Umax-Uвых=15-5=10В (1) Тогда мощность, рассеиваемая на стабилизаторе, составит: ррас = ∆U*Iн = 10*1 = 10Вт; (2) Из справочных данных известно, что стабилизаторы серии КР142 могут рассеивать мощность без теплоотвода до 1 Вт. В нашем же случае это условие не выполняется, так как Р рас = 10 Вт, это означает, что нужно проводить расчет далее. Существует такой параметр как тепловое сопротивление Q, к сожалению, в справочной литературе приводиться крайне редко. Показывает он на сколько °С нагревается радиоэлемент, если в нем выделяется мощность в 1 Вт. Однако, его можно определить двумя способами: или по формуле, или исходя из типа корпуса ИМС. Т. к. ИМС серии КР142 выпускаются в корпусе ТО-220, то из следует, что тепловое сопротивление этой ИМС будет 2…5 °С / Вт. Мы можем рассчитать тепловое сопротивление Q, помня, что Т = 50°С Q = Т/ Ррас = 50 /10 = 5°С/Вт. (3)

Метеорит72 - лучший интернет магазин светодиодного освещения! Товары высочайшего качества, безупречный сервис, широчайший ассортимент, отличные цены, гарантия. Посмотреть продукцию >>>

Оставлять комментарии могут только зарегистрированные пользователи

Где взять данные для расчета

 Офисные Светильники

Тепловое сопротивление между кристаллом и корпусом для силовых элементов обычно приводится в справочнике. И обозначается так:

Пусть Вас не смущает, что в справочнике написаны единицы измерения K/W или К/Вт. Это означает, что данная величина приведена в Кельвинах на Ватт, в грЦ на Вт она будет точно такой же, то есть X К/Вт = X грЦ/Вт.

Обычно в справочниках приведено максимально возможное значение этой величины с учетом технологического разброса. Она нам и нужно, так как мы должны проводить расчет для худшего случая. Для примера максимально возможное тепловое сопротивление между кристаллом и корпусом силового полевого транзистора SPW11N80C3 равно 0.8 грЦ/Вт,

Тепловое сопротивление между корпусом и радиатором зависит от типа корпуса. Типичные максимальные значения приведены в таблице:

TO-3 1.56
TO-3P 1.00
TO-218 1.00
TO-218FP 3.20
TO-220 4.10
TO-225 10.00
TO-247 1.00
DPACK 8.33

Изоляционная прокладка. По нашему опыту правильно выбранная и установленная изолирующая прокладка увеличивает тепловое сопротивление в два раза.

Тепловое сопротивление между корпусом / радиатором и окружающей средой. Это тепловое сопротивление с точностью, приемлемой для большинства устройств, рассчитать довольно просто.

 Светодиодная лента  Офисные Светильники

[Тепловое сопротивление, грЦ / Вт] = [120, (грЦ * кв. см) / Вт ] / [Площадь радиатора или металлической части корпуса элемента, кв. см].

Такой расчет подходит для условий, когда элементы и радиаторы установлены без создания специальных условий для естественного (конвекционного) или искусственного обдува. Сам коэффициент выбран из нашего практического опыта.

Спецификация большинства радиаторов содержит тепловое сопротивление между радиатором и окружающей средой. Так что в расчете надо пользоваться именно этой величиной. Рассчитывать эту величину следует только в случае, если табличных данных по радиатору найти не удается. Мы часто для сборки отладочных образцов используем б/у радиаторы, так что эта формула нам очень помогает.

Для случая, когда отвод тепла осуществляется через контакты печатной платы, площадь контакта также можно использовать в расчете.

Для случая, когда отвод тепла через выводы электронного элемента (типично диодов и стабилитронов относительно малой мощности), площадь выводов вычисляется, исходя из диаметра и длины вывода.

[Площадь выводов, кв. см.] = Пи * ([Длина правого вывода, см.] * [Диаметр правого вывода, см.] + [Длина левого вывода, см.] * [Диаметр левого вывода, см.])

Почему необходимо управлять температурой перехода светодиодов

При использовании мощных светодиодов крайне важно, чтобы вы отводили тепло с помощью эффективного управления температурой. Без хорошего отвода тепла температура соединения (внутренняя) светодиода повышается, что приводит к плохому изменению характеристик светодиода

Его ускоренной деградации и выхода из строя.

При увеличении температуры перехода светодиода уменьшается как прямое напряжение, так и выходной сигнал в просвете (см. Рисунок 1). Это не только снижает яркость и эффективность вашего светодиода, также температура перехода влияет на общий срок службы светодиода. Светодиоды обычно не выходят из строя катастрофически (хотя некоторые могут, особенно если вы перегреваете их); вместо этого световой поток светодиода будет со временем уменьшаться. Более высокие температуры перехода приводят к более быстрому износу светодиодов

Вот почему так важно поддерживать низкую температуру соединения светодиодов. Также учтите, что если вы перегружаете свой светодиод (подводя к нему больше тока, чем он рассчитан), это приведет к повышению температуры до такой степени, что может произойти необратимое повреждение

Add a Comment

Ваш e-mail не будет опубликован.

Яндекс.Метрика