Охлаждение светодиода: медь, алюминий и термопаста
Для светодиода важна не только правильная схема питания, но и эффективный отвод тепла. Он работает лучше не в состоянии сильного нагрева, а когда светит при контролируемой температуре кристалла.
Содержание
- 1. Почему светодиоды нагреваются
- 2. Охлаждение маломощных светодиодов и светодиодной ленты
- 3. Как охлаждают мощные светодиоды
- 4. Простой расчёт охлаждения
- 5. Вопросы для самопроверки
Когда светодиод именно «горит», это скорее тревожный сигнал. Правильно — когда он светится. То есть энергия должна превращаться в свет, а не уходить в лишнее тепло. Перегрев ускоряет деградацию кристалла, уменьшает яркость и сокращает ресурс.
Нагрев светодиодов
Да, светодиоды нагреваются меньше, чем лампы накаливания — поэтому они и считаются более эффективными. Но это не означает, что температурой можно пренебречь.
Более того, светодиод чувствителен к перегреву. Чем выше температура кристалла, тем быстрее идёт деградация, тем ниже становится световой поток и тем меньше срок службы.
При нагреве примерно до 120–150 °C светодиод уже выходит из строя. Поэтому в реальных условиях важно не приближаться к таким значениям и организовать теплоотвод так, чтобы рабочая температура оставалась в разумных пределах — ориентировочно не выше 60–80 °C.
Охлаждение маломощных светодиодов и ленты
У маломощных светодиодов тепло от кристалла уходит через выводы и контактные площадки. Чем больше площадь, через которую рассеивается тепло, тем лучше получается охлаждение.
Поэтому в светодиодной ленте так важны медные дорожки на плате: они нужны не только для передачи тока, но и помогают отводить тепло.
При этом у современных лент мощность нередко бывает высокой. Тогда одной платы уже мало, и ленту стоит монтировать в алюминиевый профиль или на другую поверхность с хорошей теплопроводностью.
Наклеивать мощную ленту прямо на дерево, пластик или любой другой материал, который плохо проводит тепло, — неудачное решение. В таком режиме лента перегревается и быстрее теряет характеристики.
Охлаждение мощных светодиодов
У мощных SMD- и COB-светодиодов, которые ставят в светильники и прожекторы, обычно предусмотрена дополнительная теплопроводящая подложка. Благодаря ей тепло заметно эффективнее передаётся на алюминиевую плату или радиатор.
Чтобы светодиод или матрица максимально плотно прилегали к радиатору, применяют тонкий слой термопасты. Её задача не «нарастить» толщину, а заполнить микронеровности между поверхностями и тем самым улучшить теплопередачу.
В целом логика материалов простая: медь хорошо отводит тепло от кристалла, алюминий удобен для радиаторов и профилей, а термопаста снижает тепловое сопротивление на стыке и помогает передать тепло между ними.
Простейший расчёт охлаждения светодиодов
В теплоотводе решает не столько масса или размер радиатора, сколько площадь его поверхности. Поэтому радиаторы делают ребристыми или штырьковыми: так увеличивают площадь рассеивания тепла, сохраняя относительно компактные габариты.
Для приблизительной оценки при комнатной температуре можно опираться на упрощённую формулу:
где Sрад — площадь поверхности радиатора в см², а Pсд — мощность светодиода в ваттах
Метод подходит лишь для очень грубой прикидки, но как ориентир он полезен и для одиночных мощных светодиодов, и для светодиодных матриц, и для ленты.
Ещё один частный вариант — оценка максимально допустимой мощности ленты для прямоугольного профиля. Если не учитывать экран-рассеиватель, в теплоотводе участвуют задняя стенка и две боковые стороны профиля.
где W — ширина профиля в мм, H — высота профиля в мм, а Pм — допустимая мощность ленты на метр
Вопросы для самопроверки
1. Зачем светодиодам нужно хорошее охлаждение?
Показать ответ
2. Можно ли наклеить мощную светодиодную ленту на деревянную стену?
Показать ответ
3. Какую максимальную по мощности ленту можно установить в профиль 1506 (15×6 мм)?
Показать ответ
Pм = (W + 2H) / 2,5
Подставляем:
W = 15 мм, H = 6 мм
Pм = (15 + 2 × 6) / 2,5 = 27 / 2,5 = 10,8
То есть ориентировочно — около 10,8 Вт/м.