База по светотехнике Урок 4c

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. 1. Почему светодиоды нагреваются
  2. 2. Охлаждение маломощных светодиодов и светодиодной ленты
  3. 3. Как охлаждают мощные светодиоды
  4. 4. Простой расчёт охлаждения
  5. 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.

Сравнение нагрева разных источников света

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.

Алюминиевый профиль для светодиодной ленты

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.

Нанесение термопасты для охлаждения светодиода

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:

Sрад = 25 × Pсд

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.

Pм = (W + 2H) / 2,5

где W — ширина профиля в мм, H — высота профиля в мм, а Pм — допустимая мощность ленты на метр

Теги

#основы

Вопросы для самопроверки

1. Зачем светодиодам нужно хорошее охлаждение?

Показать ответ
Потому что перегрев ускоряет деградацию кристалла, снижает яркость и уменьшает срок службы светодиода. Чем выше температура кристалла, тем хуже и менее стабильно он работает.

2. Можно ли наклеить мощную светодиодную ленту на деревянную стену?

Показать ответ
Это не лучший вариант. Дерево плохо отводит тепло, поэтому мощную ленту правильнее устанавливать в алюминиевый профиль или на другую теплопроводную поверхность.

3. Какую максимальную по мощности ленту можно установить в профиль 1506 (15×6 мм)?

Показать ответ
По упрощённой формуле:
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.

Навигация по статье