Свежие обсуждения
Электроника в быту

Светодиодное освещение

1 119 326

DWD, технология понятна. Только вот врят ли она проще. Да и хороша она когда платка маленькая, а радиатор большой. А у меня на диске диаметром 21 см всего 6 диодов (теперь 5 будет ) Выходит, я платой весь радиатор закрою и ухудшу его охлаждение. Кстати, а вы знаете теплопроводность ПОС-61? Она равно 50 Вт/м*К. У меди 400 почти кажется... Я не знаю, может ли слой припоя толщиной 1,5 мм сильно повлиять на тепловое сопротивление (надо считать), но просто мысль подкинул. У КПТ-8 теплопроводность 0,8, у клея - до 1,6, но там слой в 100 раз тоньше... А вот для транзисторов - хорошая технология))

Вот еще думаю - то ли диск прям на железное основание светильника прикрутить, то ли на стойках? Основание в середине имеет "вмятину" внутрь глубиной 1 см наверно, т. е. тепловой контакт только по ободку, а в середине полость и немного дырок в основании. А на стойках - там бы воздух свободно перемещался бы. Только вот поднять смогу максимум на 1 см - ато близко к плафону будет.

Num Lock: Сломаться они могут ещё от того, что подключены слишком толстыми и жёсткими проводниками.

Ну у меня они сломались не от этого - еще не распаивал. У меня просто шинка не садилась до конца - и я нажал слишком сильно - думал, плохо касаюсь паяльником и пипец! В общем, запомните - на МХ6 ЖАТЬ ВООБЩЕ НЕЛЬЗЯ! НИКАК! Паяльник просто положить и пусть собственным весом давит!
А так, распаивать буду МГТФ-ом 0,2 где-то... Или 0,35 - но он более жесткий.

Еще посмотрю сегодня сколько стоит паяльная паста - попробую юзать ее - чтоб не лудить пятачек перед пайкой и диод не получит термоудар.
А так, на работе есть полузаброшеная печка... Надо будет сходить посмотреть, реально ли ее запустить...
Заодно монтажников чОтко паять научу, по-пацански :D

Num Lock: Я бы потоньше взял, но не слишком, всё же, 630 мА

А почему 630? Я хотел стандартное значение - 700 мА - и запас большой - всего 70% от максимально допустимого. А что, 700 не рекомендуется давать?
Блок питания хочу такой взять: ARPJ-LAPE35700 (25W, 700mA, PFC) Стоит 316 руб.
КПД 82%, блок-схема тоже не очень много подозрений вызывает. Корпус не залитый, т. е. можно будет открыть посмотреть)) Вот думаю, сразу 3 брать или купить 1, разломать и если понравится, купить еще 2. Заказывать правда придется снова...

 

Леха:...технология понятна. Только вот врят ли она проще.

Не сложнее любой промышленной "звёздочки".
Станут доступны фольгированные плёнки, будет вообще красота - все силовые элементы паяешь на неё и приклеиваешь к радиатору...

Леха: Да и хороша она когда платка маленькая, а радиатор большой.

Разницы не вижу. Отвод тепла в любом случае идёт через радиатор - то есть, в противоположную от излучения света сторону.

Леха:А у меня на диске диаметром 21 см всего 6 диодов (теперь 5 будет ) Выходит, я платой весь радиатор закрою и ухудшу его охлаждение.

Нет, охлаждение радиатора практически не будет зависеть от того, прижата к нему плата или нет, так как не вижу смысла делать плату на всю площадь диска, имея всего 5 точечных источника тепла.

К тому же, нужно наоборот, исключить излучение тепла в сторону светодиодов, что, как раз, и происходит при установке их прямо на плату но с контактом на радиатор. Идеальный вариант - всё тепло, снимаемое с подложки светодиода уходит в обратную от него сторону и он остаётся почти холодным. То есть, радиатор должен выполнять, в некотором роде, роль теплового пылесоса.

Ну и имея большую площадь, свободную от светодиодов, имеете возможность декоративно оформить лицевую цасть светильника (если делать плату на всю поверхность диска).

Леха: Я не знаю, может ли слой припоя толщиной 1,5 мм сильно повлиять на тепловое сопротивление

Все кристаллы п/п приборов крепятся к фланцу методом пайки. Тепловое сопротивление перехода кристалл-фланец транзисторов варьируется от 0,5С/Вт до 2,5С/Вт (С - градус Цельсия). Причём она больше у легкоплавких припоев. Например, у отечественного старого транзистора КТ805 в металлическом корпусе тепловое сопротивление кристалл-корпус равно 3,3С/Вт, а кристалл легко отпаивается обычным паяльником.

Так что, если пользоваться обычным, легкоплавким припоем, то дополнительное сопротивление корпус светодиода-припой-радиатор не должно быть больше 3С/Вт. (3С/Вт вместо 3,3С/Вт из-за большей площади поверхности прокладки из припоя между корпусом светодиода и радиатором).

Тепловое сопротивление кристалл-корпус светодиода МХ-6 равно 5-8С/Вт. При тепловом сопротивлении припоя - 3С/Вт оно ни как не ограничит теплопередачу от кристалла светодиода к радиатору.
В Вашем случае, скорее всего не хватит площади радиатора и условия охлаждения...

Диск, Вы говорили - 21см диаметром, имеет площадь одной поверхности 346см2. Вторую не считаем, так как условия охлаждения плохие (закрытый, малого объёма корпус). В результате тепловое сопротивление конструкции радиатор-среда вряд ли будет меньше 10...20С/Вт.
Общее тепловое сопротивление кристалл-среда получается не меньше 5С/Вт+3С/Вт+10С/Вт=18С/Вт.

Вы собираетесь задувать в светодиоды ток 700мА. При максимальном напряжении перехода 3,8В получаем мощность 0,7А*3,8В=2,66Вт для одного светодиода и 13,3Вт для пяти.

При весьма возможной температуре окружающей среды 50 градусов получаем температуру кристалла светодиода в лучшем случае 18С/Вт * 13,3Вт + 50С = 289 градусов. Не многовато ли?..

Можно посчитать по другому...
Скажем, типовой ребристрый радиатор площадью порядка 600-700см2 (габаритами 10х8х2,5см) имеет тепловое сопротивление порядка 2,5С/Вт. Если предположить, что Ваши светодиоды имеют минимальное тепловое сопротивление 5С/Вт и Вы обеспечили нулевое тепловое сопротивление корпус-радиатор, то получите общее тепловое сопротивление кристалл-среда 2,5+5=7,5С/Вт. При прежней мощности 13,3Вт температура кристалла будет превышать температуру среды на 7,5С/Вт * 13,3Вт = 99,75 градусов. В комнате не будет меньше 20С, значит температура кристалла светодиода будет не меньше 99,75+20=120 градусов. Это же почти на пределе для кристалла - 150 градусов!

Короче. Радиатор с площадью поверхности, равной площади Вашей пластины, в состоянии обеспечить только предельные условия работы светодиодов для выбранного Вами режима работы. Причём в нормальных условиях.

Так что, если время работы светодиодов не интересует, то вперёд...

 

Леха: А что, 700 не рекомендуется давать?

В описании, которое я нашёл, сказано буквально следующее:

"Типовое значение силы тока составляет 300 мА...
Также рабочим является допустимое значение силы тока - 350 мА...
Компонуются в корпусе прямоугольной формы для поверхностного монтажа с тепловым сопротивлением (тип.) 5-8 С/Вт, что в сочетании с высокой предельной температурой p-n перехода 150С позволяет успешно использовать эти светодиоды на токах, близких к максимальным. Максимально допустимое значение силы тока – 1000 мА."

То есть, окуните светодиод в жидкий азот и подключайте его хоть к сварочнику...
Для выбранных же Вами условий работы вряд ли стоит превышать рекомендуемое типовое значение силы тока в 300мА. То есть, на мощности не более 1Вт.

 

DWD, расчеты конечно выглядят логично, но экспериментальные данные у меня пока другие. Вот та самая лампа, на которой ставился эксперимент:

Конструкция, конечно мягко говоря не оптимальная (закрытый плафон), но 2-й блин, как говорится... Тут 7 диодов Нича, работающих на токе 350 мА от БП на ВИПер22. Сзади радиатор хоть и не примыкает к крышке, но все равно - светильник то закрытый... Да еще часть радиатора закрыта платой БП с нехило греющимся ВИПером.
Так вот прикрутил я через термопасту термопару мультиметра к плоскости диска (вроде даже сверху). Закрыл все и включил. Работало все больше часа (а может даже и 3 часа), точных цифр не помню, но вроде как было не больше 60 градусов (55-57?). Если принять сопротивление звезд на уровне китайских диодов Арлайт 18С/Вт, то кристаллы жарились на температуре не более 78 градусов. Многовато вообще-то. Но еще раз подчеркну:
1) это ЗАКРЫТЫЙ корпус,
2) это СОРТИР.
Диск здесь диаметром 14,5 см, т. е. 330 см2 с 2х сторон.

Про мощность. На самом деле, диод при токе 350 мА рассеивает не 1,22 Вт. Он столько ПОТРЕБЛЯЕТ. 30-40% мощности выходит со светом. Значит остается 0,85 Вт мощности, которая рассеивается в виде тепла.

Вот как-то так.

Теперь про "новую разработку".
Светильник у меня ОТКРЫТЫЙ, т. е. сверху ЩЕЛЬ, т. е. выглядит все так:

(чертеж в масштабе).
Понятно, что условия охлаждения здесь намного лучше.
Потребляемая мощность - 16 Вт, там была 8,57. Площадь с двух сторон - 692,3 см2, т. е. вдвое больше. Т. е. данный радиатор может быть использован для 17 Вт лампы при условиях и конструкции как для ПЕРВОЙ лампы.
Но в этом случае, если диск нагреется до 60С, то кристалл - максимум до 76 С (8С/Вт, 1,8 Вт).
Вот такой был мой расчет...

Насчет 700 мА. Где-то читал, что МХ-6 изначально были 1-ваттными, но потом производитель то-ли технологию улучшил, то ли испытания провел и появился этот Ампер в ДШ. Вот их страничка на сайте и новый ДШ: http://www.cree.com/led-components-and-modules/products/xlamp/discrete-nondirect...
Сейчас посмотрел график области допустимой работы, выходит, при ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЕ 50 градусов и сопротивлении "кристалл-среда" 40 С/Вт предельный ток 900 мА. Понятно, что даже летом под плафоном ТАКОЙ конструкции (картинка 2!) 50 градусов будет врят-ли...

Но вы меня насторожили, покажите пожалуйста где вы нашли про ток эксплуатации 350 мА? (кстати, интересно взглянуть на ваш ДН если он старый). Вообще, я очень плохо отношусь к "разгону" и предельным режимам работы. Так что щас буду спрашивать народ... Вот только БП я сегодня заказал 3 штуки на 700 мА... Заказ там без предоплаты и кроме мыла ничего не указывал и должны были привести в палатку сегодня после 7, но неполучать как-то не удобно... Эх, поспешил...((
А так, купить еще 20 штук диодов вполне можно, тем более 2 уже сломал, а мин. заказ диодов от 500 руб.

 

Личное мнение: беда всех компактных энергосберегающих ламп на основе единой конструкции лампа-источник питания в перегреве источника питания. И мы снова натыкаемся на эти же грабли...
Чё вас прёт от этой "компактности"?

 

Да где ж здесь компактность?!
1-я фотка - это 1-я моя экспериментальная лампа. Уж как вышло. А 2-я - диаметр плафона 300, радиатора 210, могло бы быть и 235, если бы кое у кого была хорошая память на цифры и не потерялась бумажка с ними (спасибо, хоть это есть...)

Сейчас стоит вопрос с током - либо я делаю как решил и завтра забираю и оплачиваю БП, либо я решаю сделать ток 350 мА, соответственно, покупаю БП на 350 и еще заказываю штук 20 диодов и звезд в придачу... Либо решаю сделать ток, скажем, 500, но это надо перепаивать резисторы в БП на 700 и т. д. и т. п. Да еще там напруга 36 В т. е. больше 9 диодов не подключу все равно (без перемотки транса), а перематывать транс - так проще сразу самому БП сделать, чем перематывать в купленном...

Щас вот хотел расклеить диоды, чтоб завтра высохли - вот теперь задумался...

 

Леха: Про мощность. На самом деле, диод при токе 350 мА рассеивает не 1,22 Вт. Он столько ПОТРЕБЛЯЕТ. 30-40% мощности выходит со светом. Значит остается 0,85 Вт мощности, которая рассеивается в виде тепла.

Ну, я считал полную подводимую мощность. Так сказать, с запасом.
А действительно, сколько же на самом деле светодиод рассеивает в виде тепла?..
Считать по приводимым в общей литературе значениям КПД светодиодов, как-то, стрёмно. Не очень я верю этим цифрам, показывающим общую температуру по больнице.

А вдруг световая мощность уже учтена?
Как это проверить?

Мне кажется, что если светодиод на радиаторе закрыть в герметичный теплоизолирующий бокс так, что бы исключить рассеивание энергии в виде света, то температура внутри будет такая же, как и с эквивалентной нагрузкой в виде резистора.
Или нет?..

Сами производители как считают?
Вот, например, цитата из даташита на светодиоды Edixeon серии А мощностью 1Вт и 3 Вт:

"Junction Temperature Calculation
The total power dissipated by the LED is the product of the forward voltage (VF) and the forward current (IF) of
the LED.
The temperature of the LED junction is the sum of the ambient temperature and the product of the thermal
resistance from junction to ambient and the power dissipated.
TJunction =TAir + Rth(J-A) x PDissipation
If one white Edixeon® in room temperature (25C) operated 350mA and VF=3.3V,
the PDissipation=0.35 x 3.3=1.155W
And junction temperature is
TJunction = 25C+ 18.2 x 1.155 = 46.021єC (total surface area =90cm2)
TJunction = 25C+ 21 x 1.155 = 49.255 єC (total surface area =60cm2)
TJunction = 25C+ 29.4 x 1.155 = 58.957 єC (total surface area =30cm2)"

Как видим, сам производитель считает, что радиатором рассеиваться должна мощность, подводимая к светодиоду.
Если для светодиода на 1Вт при токе 350мА и падении напряжения 3,3В подводимая мощность равна 1,155В, то она и должна быть рассеяна радиатором в виде тепла.
В примере показано, на сколько эффективно работают радиаторы с различной площадью поверхности.

 

DWD: А действительно, сколько же на самом деле светодиод рассеивает в виде тепла?..

Х-м, а действительно....
Вот что говорит интернет:
КПД для ламп накаливания, составляет примерно 5%, для люминесцентных ламп — 25%, а для твердотельных полупроводниковых светоизлучающих устройств — до 50%.

Применительно в светодиодам имеется цифра 25%

http://led22.ru/ledstat/LED-heat/LED-heat.html
http://www.membrana.ru/particle/11381

 

Леха: Кстати, а вы знаете теплопроводность ПОС-61? Она равно 50 Вт/м*К...
Я не знаю, может ли слой припоя толщиной 1,5 мм сильно повлиять на тепловое сопротивление (надо считать)...

Считаем!
Просматривая даташит на светодиод, увидел в конце пример теплового расчёта.

Температура кристалла равна:
Tj=Ta+Rth*P, где:
Ta - температура среды (С - градусы цельсия),
Rth - общее тепловое сопротивление между кристаллом и средой (С/Вт),
Р - рассеиваемая мощность (Вт).

Температуру среды примем 50 градусов, что запросто возможно при плотной компоновке в закрытом корпусе светильника.

Мощность уже считали - 3,8В*0,7А*5шт=13,3Вт.

Общее тепловое сопротивление равно сумме тепловых сопротивлений:
кристал светодиода - фланец
+
фланец - радиатор
+
радиатор - среда

Сопротивление кристал светодиода - фланец у МХ-6 равно 5С/Вт.

Сопротивление фланец - радиатор зависит от применённой прокладки. Если светодиод посадить на радиатор пайкой, то...

Формула вычисления теплового сопротивления материалла в зависимости от его толщины, площади и теплопроводности выглядит так:

R = Толщина / ( Теплопроводность х Площадь ), где:

R - искомое тепловое сопротивление материалла (С/Вт),
Толщина - толщина прокладки (мк - микрон), думаю, 0,5мм=500мк припоя будет в самый раз, если не меньше,
Теплопроводность - теплопроводность материалла (Вт/м*К), для припоя, как Вы сказали, 50Вт/м*К.
Площадь - площадь поверхности прокладки (мм2) равна площади фланца светодиода и равна 3,9мм*1,1мм=4,29мм2.

Получаем тепловое сопротивление прослойки припоя:
R=500мк / (50Вт/м*К х 4,29мм2) = 2,3С/Вт

Кстати, есть смысл паять на тоненький слой припоя, так как при его толщине в 0,1мм=100мк тепловое сопроивление уменьшается до R=100мк / (50Вт/м*К х 4,29мм2) = 0,47С/Вт или в 2,3/0,47=4,89 раз!

Осталось определить тепловое сопротивление радиатор - среда.

В даташите на светодиод приведена эмпирическая формула:
R = 500 / Площадь (см2).

У Вас радиатором является пластина диаметром 21см с общей площадью поверхности
3,14*21см^2/4*2=692см2.
Значит, тепловое сопротивление радиатора равно 500/692=0,72С/Вт

Общее тепловое сопротивление всех переходов равно
Rth=(кристал светодиода - фланец)+(фланец - радиатор)+(радиатор - среда)=5+2,3+0,72=8С/Вт.

Наконец-то можем узнать температуру кристалла светодиодов:

Tj=Ta+Rth*P=50+8*13,3=156,4 градуса цельсия.

Не многовато ли для кристалла, с допустимой температурой 150 градусов?..

Даже если прослойку припоя взять 0,1мм, то общее тепловое сопротивление получим 6,19С/Вт, а температуру 132 градуса.

А реально будет больше, так как емпирическая формула расчёта теплового сопротивления радиатора не учитывает много параметров (материалл, наличие чернения, положение в пространстве и т.д.).
Как уже говорил, стандартный радиатор площадью порядка 600-700см2 (габаритами 10х8х2,5см) имеет тепловое сопротивление порядка 2,5С/Вт. Так как это данные из даташита на сам радиатор, то они более верные. Причём, такое сопротивление получается при вертикальном расположении его рёбер. У Вас же пластина, работающая радиатором, расположена горизонтально по этому хуже охлаждается.

Получается, что если те же светодиоды припаять на этот типовой радиатор, то получим общее тепловое сопротивлениее 5+0,47+2,5=7,97С/Вт а температуру кристаллов светодиодов:
Tj=Ta+Rth*P=50+7,97*13,3=156 градуса цельсия. Вроде то же самое...

В общем Вашего радиатора будет мало!
А я ведь не учитывал, что Вы не припаяете светодиоды прямо на радиатор. Потребуется ещё какой-то переход. Если использовать стандартную "звёздочку", то это добавит к общему тепловому сопротивлению ещё 1,5С/Вт.

В результате общее тепловое сопротивление всех переходов станет равно 9,47С/Вт, а температура кристалла - 176 градусов.
Собственно, сам перегрев кристалла по отношению к температуре воздуха будет "всего" 126 градусов и при нулевой температуре светодиоды будет чувствовать себя относительно хорошо...

 

Как у вас всё запущено...
Вчера пришёл художник за файлами. А я схитрил - четыре последние работы снял не в свете проф. моноблоков, а в свете светодиодных линеек.
Процедура обычная: открываю файл в Шопе, художник смотрит и говорит (к примеру): чуть потеплее надо. Или, похолоднее. Или, желтизна прёт - убавляй!
Так вот: открываю файл. Художник - нормально! Второй - нормально! И т.д.
Прошу посмотреть внимателнее. Нормально!
Я заплатил за самопальные светодиодные осветители (ленты, балласты, профиль) ок 100 баксов. Для репродукции -ОТЛ!