3 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Отражатель-радиатор конической формы для сверхяркого светодиода

Расчет и изготовление радиатора для светодиодов

Светодиоды считаются одним из наиболее эффективных источников света, их световой поток доходит до фантастических значений, порядка 100 Лм/Вт. Люминесцентные лампы выдают в два раза меньше, а именно 50-70 Лм/Вт. Однако для долгой работы светодиода нужно выдерживать их тепловые режимы. Для этого применяются фирменные или самодельные радиаторы для светодиодов.

Зачем диодам нужно охлаждение?

Несмотря на высокие показатели светоотдачи светодиоды излучают света примерно на треть потребляемой мощности, а остальное выделяется в тепло. Если диод перегревается структура его кристалла нарушается, начинает деградировать, световой поток снижается, а степень нагрева лавинообразно увеличивается.

Причины перегрева светодиодов:

  • Слишком большой ток;
  • плохая стабилизация питающего напряжения;
  • плохое охлаждение.

Первые две причины решаются применением качественного источника питания для светодиодов. Такие источники часто называют драйвер для светодиода. Их особенность заключается не в стабилизации напряжения, а именно в стабилизации выходного тока.

Дело в том, что при перегреве сопротивление светодиода снижается и ток, протекающий через него, возрастает. Если в качестве блока питания использовать стабилизатор напряжения – процесс получится лавинообразным: больше нагрев – больше ток, а больший ток – это больший нагрев и так по кругу.

Стабилизируя ток, вы отчасти стабилизируете и температуру кристалла. Третья причина – это плохое охлаждение для светодиодов. Рассмотрим этот вопрос подробнее.

Решаем проблему охлаждения

Маломощные светодиоды, например: 3528, 5050 и им подобные отдают тепло за счёт своих контактов, да и мощность у таких экземпляров гораздо меньше. Когда мощность прибора возрастает, появляется вопрос отвода лишнего тепла. Для этого применяют системы пассивного или активного охлаждения.

Пассивное охлаждение – это обычный радиатор, выполненный из меди или алюминия. О преимуществах материалов для охлаждения ходят споры. Достоинством такого типа охлаждение является – отсутствие шума и практически полное отсутствие необходимости его обслуживания.

Установка LED с пассивным охлаждением в точечный светильник

Активная система охлаждения – это способ охлаждения с применением внешней силы для улучшения отвода тепла. В качестве простейшей системы можно рассмотреть связку радиатор + кулер. Преимуществом является то, что такая система может быть значительно компактнее чем пассивная, до 10 раз. Недостатком — шум от кулера и необходимость его смазки.

Как подобрать радиатор?

Расчет радиатора для светодиода процесс не совсем простой, тем более для начинающего. Для его выполнения нужно знать тепловое сопротивление кристалла, а также перехода кристалл-подложка, подложка-радиатор, радиатор-воздух. Чтобы упростить решение многие пользуются соотношением 20-30 см 2 /Вт.

Это значит, что на каждый ватт LED света нужно использовать радиатор площадью порядка 30 см 2 .

Естественно, такое решение не является уникальным. Если ваша осветительная конструкция будет использоваться в подвальном прохладном помещении можно взять меньшую площадь, но при этом убедитесь, что температура светодиода в пределах нормы.

Предыдущие поколения LED комфортно чувствовали себя при температуре кристалла 50-70 градусов, новые светодиоды могут переноситьтемпературу до 100 градусов. Проще всего определить – прикоснуться рукой, если рука едва терпит – всё в порядке, а если кристалл может вас обжечь – принимайте решение для улучшения условий его работы.

Считаем площадь

Допустим мы имеем светильник мощностью 3Вт. Площадь радиатора для светодиода 3Вт, согласно описанному выше правилу будет равна 70-100см 2 . С первого взгляда может показаться большой.

Но рассмотрим расчет площади радиатора для светодиода. Для плоского пластинчатого радиатора площадь считается:

a * b * 2 = S

Где a, b – длины сторон пластины, S – полная площадь радиатора.

Откуда взялся коэффициент 2? Дело в том, что у такого радиатора две стороны и они равносильно отдают тепло окружающей среде, поэтому полная полезная площадь радиатора равна площади каждой из его сторон. Т.е. в нашем случае нужна пластина с размерами сторон 5*10см.

Для ребристого радиатора полная площадь равна – площади основания и площадям каждого из рёбер.

Охлаждение своими руками

Простейшим примером радиатора будет «солнышко», вырезанное из жести или листа алюминия. Такой радиатор может охладить 1-3Вт светодиодов. Скрутив два таких листа между собой через термопасту, можно увеличить площадь теплоотдачи.

Это банальный радиатор из подручных средств, он получается довольно тонким и использовать его для более серьёзных светильников нельзя.

Сделать своими руками радиатор для светодиода на 10W таким образом будет невозможно. Поэтому можно применить для таких мощных источников света радиатор от центрального процессора компьютера.

Если если оставить кулер, активное охлаждение светодиодов позволит использовать и более мощные LED. Такое решение создаст дополнительный шум от вентилятора и потребует дополнительного питания, плюс периодическое ТО кулера.

Читать еще:  Органайзер для отверток своими руками

Площадь радиатора для 10Вт светодиода будет довольно большой – порядка 300см 2 . Хорошим решением будет использование готовых алюминиевых изделий. В строительном или хозяйственном магазине вы можете приобрести алюминиевый профиль и использовать его для охлаждения мощных светодиодов.

Сделав сборку нужной площади из таких профилей, вы можете получить неплохое охлождение, не забудьте все стыки промазать хотя бы тонким слоем термопасты. Стоит сказать, что есть специальный профиль для охлаждения, который выпускается промышленно самых разнообразных видов.

Если у вас нет возможности сделать радиатор охлаждения светодиодов своими руками вы можете поискать подходящие экземпляры в старой электронной аппаратуре, даже в компьютере. На материнской плате расположены несколько. Они нужны для охлаждения чипсетов и силовых ключей цепей питания. Отличный пример такого решения изображен на фото ниже. Их площадь обычно от 20 до 60см 2 . Что позволяет охлаждать светодиод мощностью 1-3 Вт.

Еще один интересный вариант изготовления радиатора из листов алюминия. Такой метод позволит набрать практически любую необходимую площадь охлаждения. Смотрим видео:

Как закрепить светодиод

Существует два основных способа крепления, рассмотрим оба из них.

Первый способ – это механический. Он заключается в том, чтобы прикрутить светодиод саморезами или другим крепежом к радиатору, для этого нужна специальная подложка типа «звезда» (см. star). К ней припаивается диод, предварительно смазанный термопастой.

На «пузе» у светодиода есть специальный контактный пятачок диаметром как сигарета типа slim. После чего к этой подложке припаиваются питающие провода, и она прикручивается к радиатору. Некоторые светодиоды поступают в продажу уже закреплённые на переходной пластине, как на фото.

Второй способ – это клеевой. Он пригоден как и для монтажа через пластину, так и без неё. Но метал к металлу крепить не всегда получается, чем приклеить светодиод к радиатору? Для этого нужно приобрести специальный термопроводящий клей. Он может встречаться как в хозяйственной, так и в магазине радиодеталей.

Выглядит результат такого крепления следующим образом.

Выводы

Как вы могли убедится радиатор для светодиода можно найти как в магазине, так и порывшись в своих старых приборах, или просто в залежах всяких мелочей. Не обязательно использовать специальное охлаждение.

Площадь радиатора зависит от ряда условий, таких как влажность, температура окружающего воздуха и материал радиатора, но при бытовом решении ими пренебрегают.

Всегда уделяйте особое внимание проверке тепловых режимов ваших устройств. Таким образом вы обеспечите их надёжность и долговечность. Можно определять температуру рукой, но лучше приобретите мультиметр с возможностью её измерения.

Отражатель-радиатор конической формы для сверхяркого светодиода

Улучшая предыдущую конструкцию отражателя-радиатора хотелось больше сфокусировать световой поток светодиода к центру. Коническая форма отражателя сама напрашивалась, поскольку она почти полностью соответствует форме параболического зеркала. После некоторых расчетов и экспериментов имеем следующую конструкцию

Для изготовления такой красоты понадобятся:
-алюминиевая (можно медная или жестяная) без царапин пластина толщиной до 1мм и размером 40х35мм
-однослойно фольгированная текстолитная пластина размером 20х15 мм
-сверхяркий светодиод, паяльник, два контактных провода, одна-две канцелярские скрепки
-немного термопасты
-плоскогубцы (круглогубцы), ножовка (ножницы) по металлу, надфили, циркуль, маленькая дрель
-прямые руки для получения правильных кривых поверхностей

Теория все та же. Для того чтобы получить параллельный пучок света, необходимо установить кристалл светодиода точно в фокус параболического зеркала. Вот рисунок из прошлой статьи

Она оказалась даже проще предыдущей, единственная сложность – придать ей правильную форму, поскольку от этого зависит точность фокусировки светового пучка.

Вот пример разметки заготовки на листе алюминия:

В разметке нет ничего сложного. Не нужно высчитывать градусы, длины дуг и т.п. Вначале наносятся все прямые линии, а потом проводятся две дуги радиусом 28мм до пересечения с прямыми и разметка готова.

Материалом для отражателя-радиатора может служить алюминий, медь, или жесть от консервной банки. Медь и жесть даже более предпочтительны, поскольку они могут спаиваться. Толщина материала должна обеспечивать достаточную прочность конструкции. Для алюминия это не меньше 0,5мм.
Теперь заготовка вырезается и сгибается. Вырезать желательно ножовкой, но если очень лень, можно и ножницами по металлу, как показано ниже. Тогда края придется выравнивать надфилем.

Выгибать отражатель нужно аккуратно, чтобы не царапать инструментом отражающую поверхность. После всех этих процедур получаем следующее:




Понятное дело, что контакты светодиода не должны касаться корпуса радиатора.

Ну вот собственно и все. Последний штрих – это закрепить между собой две половины конуса. Если материалом радиатора была медь или жесть, половинки просто спаиваются. Если же, как в данном случае, радиатор был сделан из алюминия, половинки склеиваются нанесением клея с внешней стороны отражателя. Эта, казалось бы, мелочь очень важна, поскольку прочность корпуса теперь увеличится в разы.

Теперь подключаем (соблюдая полярность) и наслаждаемся результатом. Сфера применения данной конструкции самая разнообразная, от настольных минисветильников и подсветок до самодельных фонариков

Функции и область применения отражателей для светодиодов

Отражатели для светодиодов дают возможность получать максимально направленный поток при одновременном увеличении яркости устройств. Современные производители предлагают весьма широкий выбор подобных приспособлений, но при наличии свободного времени, подручных инструментов и несложных материалов, можно попробовать сделать отражатели своими руками.

Читать еще:  Съемник рулевого наконечника для авто своими руками

Где может пригодиться отражатель?

Отражатели могут в разы улучшить основные свойства светодиодов, поэтому сфера их применения не ограничивается какой-то определенной областью светотехники.
Отражатель одинаково полезен в следующих случаях:

  • при переделке поворотников и других типов автомобильных ламп;
  • при сборке или модернизации фонариков различной дальности;
  • при усовершенствовании домашнего освещения.

Споры по поводу лучшей автомобильной оптики не стихают, и что лучше использовать – линзы или рефракторы – каждый решает для себя. Оба устройства помогают добиться приблизительно одинакового коэффициента отражения, вопрос здесь скорее в сложности управления световым лучом.

Для габаритных огней или других источников света с большим количеством светодиодов отражатели являются не только более экономным вариантом, но иногда и единственно возможным. Вместо огромной линзы намного проще использовать рефрактор или их систему.

Из чего и как сделать отражатель?

Для изготовления отражателя важно определиться не только с его размерами. Определенную роль играет именно количество плоскостей, от которых будут отбиваться лучи. Главная сложность как раз и заключается в том, чтобы их сформировать.

Основой может послужить любой в меру податливый, но довольно прочный материал. Встречаются вполне работоспособные отражатели из пластмассы, ламинированной фанеры или флизелина. То, как будет формироваться приспособление, зависит от типа корпуса. Иногда могут потребоваться многогранные кристаллы (их можно найти в некоторых видах старых ламп, а при небольших размерах отражателей подойдут бусины, используемые при изготовлении бижутерии) для придания рефрактору нужных свойств.

Важно не только придать материалу нужную форму, но также заставить его отражать свет, который подают светодиоды.

Отменным вариантом наружного покрытия может послужить хромированная краска, которая продается в баллонах. Можно не наносить отражающее покрытие, а доверить эту процедуру специалистам из профильной мастерской.

При проектировании любых оптических систем важно сохранить баланс между конечной стоимостью сборки и правильностью расстановки элементов. При этом следует учитывать такую закономерность: чем выше эффективность элемента – тем больше его чувствительность к месту установки.

Закрепить составляющие системы можно не только с помощью клея и клейкой ленты, но также с использованием штифтов и крючков с предохранителями, которые пропускаются через плату.

Какие они – современные отражатели?

Производители постоянно пополняют модельный ряд, существенно расширяя возможности светового тюнинга. Рефракторы выпускаются под самые разные светодиоды и их сочетания. Теперь вовсе не обязательно ограничиваться одним оттенком.

Устройства отражают свет в прямом и обратном направлении, тем самым делая распределение лучей более равномерным.

Отражатели могут быть рассчитаны на монтаж с акриловым стержнем, при том они помогут аккуратно скрыть светодиоды для наиболее эффективного их использования в режиме габарита задних автомобильных ламп.

Рефракторы могут корректировать и перенаправлять освещение светодиодов. Они рассчитаны на работу под прямым углом по отношению к оси диода. При подборе отражателя важно учитывать все параметры источников света. Типы корпуса и формы исполнения постоянно пополняются, поэтому стоит регулярно мониторить новинки, чтобы не упустить наиболее интересные варианты оптики.

Отражатели существенно улучшают свойства потока, который выдают светодиоды. Они одинаково нужны для тюнинга автомобильной оптики и для сборки фонарей и светильников. Простые модели можно попытаться сделать своими руками, но в некоторых случаях соперничать с производителями просто бессмысленно.

Расчет и изготовление радиатора для светодиодов

Светодиоды считаются одним из наиболее эффективных источников света, их световой поток доходит до фантастических значений, порядка 100 Лм/Вт. Люминесцентные лампы выдают в два раза меньше, а именно 50-70 Лм/Вт. Однако для долгой работы светодиода нужно выдерживать их тепловые режимы. Для этого применяются фирменные или самодельные радиаторы для светодиодов.

Зачем диодам нужно охлаждение?

Несмотря на высокие показатели светоотдачи светодиоды излучают света примерно на треть потребляемой мощности, а остальное выделяется в тепло. Если диод перегревается структура его кристалла нарушается, начинает деградировать, световой поток снижается, а степень нагрева лавинообразно увеличивается.

Причины перегрева светодиодов:

  • Слишком большой ток;
  • плохая стабилизация питающего напряжения;
  • плохое охлаждение.

Первые две причины решаются применением качественного источника питания для светодиодов. Такие источники часто называют драйвер для светодиода. Их особенность заключается не в стабилизации напряжения, а именно в стабилизации выходного тока.

Дело в том, что при перегреве сопротивление светодиода снижается и ток, протекающий через него, возрастает. Если в качестве блока питания использовать стабилизатор напряжения – процесс получится лавинообразным: больше нагрев – больше ток, а больший ток – это больший нагрев и так по кругу.

Стабилизируя ток, вы отчасти стабилизируете и температуру кристалла. Третья причина – это плохое охлаждение для светодиодов. Рассмотрим этот вопрос подробнее.

Решаем проблему охлаждения

Маломощные светодиоды, например: 3528, 5050 и им подобные отдают тепло за счёт своих контактов, да и мощность у таких экземпляров гораздо меньше. Когда мощность прибора возрастает, появляется вопрос отвода лишнего тепла. Для этого применяют системы пассивного или активного охлаждения.

Пассивное охлаждение – это обычный радиатор, выполненный из меди или алюминия. О преимуществах материалов для охлаждения ходят споры. Достоинством такого типа охлаждение является – отсутствие шума и практически полное отсутствие необходимости его обслуживания.

Читать еще:  Как сделать декоративное зеркало своими руками

Установка LED с пассивным охлаждением в точечный светильник

Активная система охлаждения – это способ охлаждения с применением внешней силы для улучшения отвода тепла. В качестве простейшей системы можно рассмотреть связку радиатор + кулер. Преимуществом является то, что такая система может быть значительно компактнее чем пассивная, до 10 раз. Недостатком — шум от кулера и необходимость его смазки.

Как подобрать радиатор?

Расчет радиатора для светодиода процесс не совсем простой, тем более для начинающего. Для его выполнения нужно знать тепловое сопротивление кристалла, а также перехода кристалл-подложка, подложка-радиатор, радиатор-воздух. Чтобы упростить решение многие пользуются соотношением 20-30 см 2 /Вт.

Это значит, что на каждый ватт LED света нужно использовать радиатор площадью порядка 30 см 2 .

Естественно, такое решение не является уникальным. Если ваша осветительная конструкция будет использоваться в подвальном прохладном помещении можно взять меньшую площадь, но при этом убедитесь, что температура светодиода в пределах нормы.

Предыдущие поколения LED комфортно чувствовали себя при температуре кристалла 50-70 градусов, новые светодиоды могут переноситьтемпературу до 100 градусов. Проще всего определить – прикоснуться рукой, если рука едва терпит – всё в порядке, а если кристалл может вас обжечь – принимайте решение для улучшения условий его работы.

Считаем площадь

Допустим мы имеем светильник мощностью 3Вт. Площадь радиатора для светодиода 3Вт, согласно описанному выше правилу будет равна 70-100см 2 . С первого взгляда может показаться большой.

Но рассмотрим расчет площади радиатора для светодиода. Для плоского пластинчатого радиатора площадь считается:

a * b * 2 = S

Где a, b – длины сторон пластины, S – полная площадь радиатора.

Откуда взялся коэффициент 2? Дело в том, что у такого радиатора две стороны и они равносильно отдают тепло окружающей среде, поэтому полная полезная площадь радиатора равна площади каждой из его сторон. Т.е. в нашем случае нужна пластина с размерами сторон 5*10см.

Для ребристого радиатора полная площадь равна – площади основания и площадям каждого из рёбер.

Охлаждение своими руками

Простейшим примером радиатора будет «солнышко», вырезанное из жести или листа алюминия. Такой радиатор может охладить 1-3Вт светодиодов. Скрутив два таких листа между собой через термопасту, можно увеличить площадь теплоотдачи.

Это банальный радиатор из подручных средств, он получается довольно тонким и использовать его для более серьёзных светильников нельзя.

Сделать своими руками радиатор для светодиода на 10W таким образом будет невозможно. Поэтому можно применить для таких мощных источников света радиатор от центрального процессора компьютера.

Если если оставить кулер, активное охлаждение светодиодов позволит использовать и более мощные LED. Такое решение создаст дополнительный шум от вентилятора и потребует дополнительного питания, плюс периодическое ТО кулера.

Площадь радиатора для 10Вт светодиода будет довольно большой – порядка 300см 2 . Хорошим решением будет использование готовых алюминиевых изделий. В строительном или хозяйственном магазине вы можете приобрести алюминиевый профиль и использовать его для охлаждения мощных светодиодов.

Сделав сборку нужной площади из таких профилей, вы можете получить неплохое охлождение, не забудьте все стыки промазать хотя бы тонким слоем термопасты. Стоит сказать, что есть специальный профиль для охлаждения, который выпускается промышленно самых разнообразных видов.

Если у вас нет возможности сделать радиатор охлаждения светодиодов своими руками вы можете поискать подходящие экземпляры в старой электронной аппаратуре, даже в компьютере. На материнской плате расположены несколько. Они нужны для охлаждения чипсетов и силовых ключей цепей питания. Отличный пример такого решения изображен на фото ниже. Их площадь обычно от 20 до 60см 2 . Что позволяет охлаждать светодиод мощностью 1-3 Вт.

Еще один интересный вариант изготовления радиатора из листов алюминия. Такой метод позволит набрать практически любую необходимую площадь охлаждения. Смотрим видео:

Как закрепить светодиод

Существует два основных способа крепления, рассмотрим оба из них.

Первый способ – это механический. Он заключается в том, чтобы прикрутить светодиод саморезами или другим крепежом к радиатору, для этого нужна специальная подложка типа «звезда» (см. star). К ней припаивается диод, предварительно смазанный термопастой.

На «пузе» у светодиода есть специальный контактный пятачок диаметром как сигарета типа slim. После чего к этой подложке припаиваются питающие провода, и она прикручивается к радиатору. Некоторые светодиоды поступают в продажу уже закреплённые на переходной пластине, как на фото.

Второй способ – это клеевой. Он пригоден как и для монтажа через пластину, так и без неё. Но метал к металлу крепить не всегда получается, чем приклеить светодиод к радиатору? Для этого нужно приобрести специальный термопроводящий клей. Он может встречаться как в хозяйственной, так и в магазине радиодеталей.

Выглядит результат такого крепления следующим образом.

Выводы

Как вы могли убедится радиатор для светодиода можно найти как в магазине, так и порывшись в своих старых приборах, или просто в залежах всяких мелочей. Не обязательно использовать специальное охлаждение.

Площадь радиатора зависит от ряда условий, таких как влажность, температура окружающего воздуха и материал радиатора, но при бытовом решении ими пренебрегают.

Всегда уделяйте особое внимание проверке тепловых режимов ваших устройств. Таким образом вы обеспечите их надёжность и долговечность. Можно определять температуру рукой, но лучше приобретите мультиметр с возможностью её измерения.

Ссылка на основную публикацию
Статьи c упоминанием слов:

Adblock
detector