Как рассчитать радиатор 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 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.
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.
Как рассчитать радиатор для транзистора
Часто, проектируя мощный прибор на силовых транзисторах, или прибегая к использованию в схеме мощного выпрямителя, мы сталкиваемся с ситуацией, когда необходимо рассеять много тепловая мощность, измеряемая в единицах, а иногда и в десятках ватт.
Например, IGBT-транзистор FGA25N120ANTD компании Fairchild Semiconductor при правильной установке теоретически способен отдавать около 300 Вт тепловой мощности через свой корпус при температуре корпуса 25 °C! А если температура его корпуса будет 100°С, то транзистор сможет отдать 120 Вт, что тоже немало.
Но для того, чтобы корпус транзистора в принципе мог отдавать это тепло, необходимо обеспечить ему надлежащие условия работы, чтобы он не сгорел раньше времени.
Все силовые выключатели выпускаются в таких корпусах, которые можно легко установить на внешний теплоотвод – радиатор. При этом в большинстве случаев металлическая поверхность ключа или другого устройства в выходном корпусе электрически связана с одним из выводов этого устройства, например, с коллектором или со стоком транзистора.
Итак, задача радиатора как раз и состоит в том, чтобы держать транзистор, а в основном его рабочие переходы, при температуре не выше максимально допустимой.
Если корпус кремниевого транзистора полностью металлический, то типичная максимальная температура составляет примерно 200 °С, если корпус пластиковый, то 150 °С. Данные о максимальной температуре для конкретного транзистора легко найти в даташите. Например, для FGA25N120ANTD лучше, если его температура не превышает 125°С.
Зная все основные теплотехнические параметры, подобрать подходящий радиатор несложно. Достаточно узнать максимальную температуру среды, в которой будет работать транзистор, мощность, которую транзистору придется рассеивать, затем рассчитать температуру перехода транзистора с учетом тепловых сопротивлений кристалл-корпус, крокус -радиатор, соединения радиатор-окружающая среда, после чего остается выбрать радиатор, с которым температура транзистора будет хотя бы немного ниже максимально допустимой.
Важнейшим параметром при выборе и расчете радиатора является термическое сопротивление. Он равен отношению перепада температур на поверхности термоконтакта в градусах к передаваемой мощности.
При передаче тепла в процессе теплопроводности термическое сопротивление остается постоянным, которое не зависит от температуры, а зависит только от качества теплового контакта.
Если переходов (тепловых контактов) несколько, то термическое сопротивление перехода, состоящего из нескольких последовательных соединений, будет равно сумме термических сопротивлений этих соединений.
Итак, если транзистор установить на радиатор, то общее тепловое сопротивление при теплоотдаче будет равно сумме тепловых сопротивлений: кристалл-корпус, корпус-радиатор, радиатор-окружающая среда. Соответственно, температура кристалла находится в данном случае по формуле:
В качестве примера рассмотрим случай, когда нам необходимо подобрать радиатор на два транзистора ФГА25Н120АНТД, который будет работать в схеме двухтактного преобразователя, при этом каждый транзистор рассеивает 15 ватт тепловой мощности, которую необходимо передать в окружающую среду, т.е. от кристаллов транзисторов через радиатор – в воздух.
Так как транзисторов два, то сначала находим радиатор на один транзистор, после чего просто берем радиатор с вдвое большей площадью теплоотдачи, с вдвое меньшим тепловым сопротивлением (будем использовать изолирующие прокладки).
Пусть наш прибор работает при температуре окружающей среды 45°С. Пусть поддерживается температура кристалла не выше 125°С.
В даташите мы видим, что для встроенного диода термическое сопротивление кристалла-корпуса равно больше теплового сопротивления корпуса кристалла непосредственно IGBT, и оно равно 2 °С/Вт. Эта величина будет учитываться как тепловое сопротивление корпуса кристалла.
Тепловое сопротивление силиконовой изоляционной прокладки около 0,5 °С/Вт – это и будет тепловое сопротивление корпуса-радиатора. Теперь, зная рассеиваемую мощность, максимальную температуру кристалла, максимальную температуру окружающей среды, тепловое сопротивление кристалла-корпуса и тепловое сопротивление кожуха-радиатора, находим необходимое тепловое сопротивление радиатора-окружающей среды.
Итак, нам нужно подобрать радиатор так, чтобы термическое сопротивление радиатора-окружающей среды получилось при заданных условиях 2,833 °С/Вт или меньше. И до какой температуры в этом случае перегревается радиатор по сравнению с окружающей средой?
Возьмите найденное тепловое сопротивление на границе радиатор-окружающая среда и умножьте на рассеиваемую мощность, например 15 Вт.
Перегрев будет около 43°С, т.е. температура радиатора будет около 88°С. Так как транзисторов в нашей схеме будет два, то мощность рассеивать придется в два раза больше, а значит нужен радиатор с тепловым сопротивлением в два раза меньше, то есть 1,4 °С/Вт и менее.
Если у вас нет возможности подобрать радиатор с найденным тепловым сопротивлением, то можно воспользоваться старым добрым эмпирическим методом – обратиться к таблице из справочника. Зная разницу температур окружающей среды и радиатора (для нашего примера 43°С), зная рассеиваемую мощность (для нашего примера для двух транзисторов – два по 15 Вт), находим необходимую площадь радиатора, т. е. общая площадь контакта радиатора с окружающим воздухом (для нашего примера – две по 400 см2).
Смотрите также по этой теме: Дюйм * градус/ватт – что это за параметр радиатора?
Как рассчитать размер радиатора?
Добро пожаловать в Клуб Хот-Род! Главный сайт для
все, что связано с Hot Rod, Customs, Low Riders, Rat Rods и многим другим.
- » Участники со всех концов США и мир!
- » Помощь со всего мира для вашего вопросы
- » Журналы сборки для вас и всех участников
- » Блоги
- » Галерея изображений
- » Многие тысячи членов и сотни тысяч постов!
ДА! Я хочу зарегистрировать аккаунт бесплатно прямо сейчас! p.s.: Для зарегистрированных пользователей это объявление НЕ будет отображаться
11 04 2007 23:33 #1
Привет,Есть ли способ рассчитать размер радиатора? Например, я взял csb 350 с корвета и хочу использовать его на своей модели a.
Corvette rad слишком велик, чтобы поместиться в оболочку 29 rad, поэтому я должен использовать еще один. Он должен вписаться в оболочку 29, чтобы размер был максимальным. Могу ли я теперь рассчитать массу радиатора старого корвета и добавить толщину для потери высоты и ширины?
Я буду использовать капот, так что весь нагретый воздух должен выходить за пределы двигателя, поэтому необходимо хорошее охлаждение.Все, кого я встречаю, говорят, что ты просто не можешь это вычислить, тебе придется рискнуть этим..
Итак, могу я это вычислить? И как мне это сделать?
/Эрик
Ничто не сравнится с кубическими дюймами… Ответить с цитатой
Corvette rad слишком велик, чтобы поместиться в оболочку 29 rad, поэтому я должен использовать еще один. Он должен вписаться в оболочку 29, чтобы размер был максимальным. Могу ли я теперь рассчитать массу радиатора старого корвета и добавить толщину для потери высоты и ширины? 12 04 2007 01:20 #2
Прикрепленные изображения
Эрик, если и есть расчет, то он мне не по силам.Я настоятельно рекомендую вам купить радиатор одной из крупных компаний по охлаждению хот-родов, таких как Walker, The Brassworks, PRC или подобных. Все они имеют радиаторы, специально изготовленные для установки в корпус модели А или любой другой, а также имеют впускные и выпускные отверстия в соответствующих местах для любого двигателя, на котором вы работаете. Это делает его намного проще, и конечным результатом является удочка, которая не кипит в июле, сидя на красный свет.
Мы начали использовать PRC и нам нравится их продукция. Сварка и качество изготовления действительно впечатляют, а цена очень хорошая. Мы также недавно купили Walker для моего сына T, и это тоже хороший продукт.
Вот пара фотографий моего другого корпуса Sons 29 года, как у вас, и этот радиатор был построен для охлаждения его 455 Olds здесь, во Флориде. КСТАТИ. их веб-сайт: www.prchotrod.com/
Дон
Обычно я просто оставляю это на усмотрение производителя радиатора и следую его рекомендациям.- с новым радиатором. jpg
(42,7 КБ, 133 просмотра)
- данс радиатор сделано 001.jpg (61,0 КБ, 130 просмотров)
- данс радиатор сделано 002.jpg (60,5 КБ, 130 просмотров)
jpg
(42,7 КБ, 133 просмотра)Ответить с цитатой
12.04.2007 05:33 #3
Я не хочу покупать рад, я хочу построить его сам, и для этого мне нужно знать, как рассчитать размер. Должен быть кто-то, кто знает, как это сделать.В любом случае, спасибо, ребята!
..| Ничто не сравнится с кубическими дюймами… |
Ответить с цитатой
12.04.2007 06:59ЯВЛЯЮСЬ #4
Разве не проще было бы посмотреть, что работает на нескольких похожих автомобилях, и скопировать размер?Мне было бы интересно узнать, как вы планируете построить собственный радиатор?
Получить ядро и уйти оттуда?
Или скопировать старые радиаторы в сотовом стиле?
Ответить с цитатой
12 апреля 2007 г.
, 10:40
#5
В основном на большинстве горячих хотродов обычно самый большой радиатор, который вы можете установить, обычно имеет правильный размер.
| Его гунна занимает больше времени, чем вы думали, и его гунна тоже стоит дороже (планируйте заранее!) |
Ответить с цитатой
12 апреля 2007 г.
, 11:36
#6
Дэнни упомянул кожух вентилятора. Не стесняйтесь установить его, если он сильно нагревается. Шевроле моего друга 57 года с умеренным 350 и огромным новым радиатором послепродажного обслуживания перегревался, пока он не получил его. Кроме того, электрические вентиляторы будут различаться по эффективности, если они также выталкивают или вытягивают воздух.
| Нет замены кубическим дюймам |
Ответить с цитатой
12.
04.2007 12:26
#7
Первоначально отправлено shawnlee28
В основном на большинстве горячих хотродов обычно самый большой радиатор, который вы можете установить, обычно имеет правильный размер.
Совершенно верно!Существует дисциплинированный инженерный подход к проектированию воздушно-масляных (или водяных) теплообменников. Однако это не так просто, как пара уравнений. Особенно не для автомобиля, где тепловые нагрузки, расход воздуха и воды и т. д. не являются постоянными. Если бы я собирался сделать свой собственный, я бы, вероятно, посмотрел на спецификации латунных или алюминиевых и в основном скопировал их.
Китц
| Джон Кицмиллер, MSME, PhD EE, 32 Ford Hiboy Roadster, рама Cornhusker, Heidts IFS/IRS, 3.50 Posi, кузов Lone Star, внутренняя рама Lone Star/Kitz, ZZ502/550, Th500 |
Ответить с цитатой
12 04 2007 15:38 #8
В машине, которую я бы построил, есть много деталей, но радиатора нет в этом списке.Дон
Ответить с цитатой
18 04 2007 17:30 #9
Вау Денни. Если я выучу все формулы, получу ли я свой диплом по почте или как? Как обычно, отличная работа. Я думал, что эти клетки мозга мертвы, и все же я это понимал. Пугает меня.
Ответить с цитатой
20 апреля 2007 г., 11:40 #10
Спасибо Денни,
Термодинамика никогда не была моей сильной стороной в технике.Я иду к сыну, вот это в руке, посмотреть систему охлаждения его песочницы. Я думаю, что это на самом деле достаточно, и мне нужно убедить его, что пытаться работать на 160-170 градусах просто не нужно. Его штатный вентилятор даже не включается до 205.
Моя уличная удочка отлично работает при 190-200 вне зависимости от наружной температуры. В основном случайно, но после прочтения вашей статьи теперь я понимаю, почему. Я собираюсь попытаться измерить некоторые температуры в различных точках, чтобы лучше понять, что происходит.
На дизельных грузовиках Dodge у нас есть проблема с охлаждением инжекторного насоса, которую некоторые ребята пытались понять, и эта лекция, безусловно, прольет свет на это.
Еще раз спасибо за отличный урок.
Это действительно помогает в том, что касается автомобильного радиатора. Это, наверное, самая лучшая и простая для понимания презентация, которую я видел. Вам нужно быть профессором, если вы им не являетесь.| 41 Нагнетатель воздуха Willys 350 sbc 6-71 t350, 9 дюймов, 4 звена 99 Dodge ram 3500 сдвоенный 5 sp 4.  |