Охлаждение светодиода. Медь, алюминий, термопаста
Для светодиода важна не только электрическая схема питания, но и нормальный отвод тепла. Светодиод работает хорошо не тогда, когда сильно нагревается, а тогда, когда светит при контролируемой температуре кристалла.
Содержание
- 1. Нагрев светодиодов
- 2. Охлаждение маломощных светодиодов и ленты
- 3. Охлаждение мощных светодиодов
- 4. Простейший расчёт охлаждения
- 5. Вопросы для самопроверки
Когда светодиод горит — это плохо. Хорошо — это когда он светится. То есть энергия должна уходить в свет, а не в лишний нагрев. Перегрев напрямую ускоряет деградацию кристалла, снижает яркость и уменьшает срок службы.
Нагрев светодиодов
Светодиоды действительно нагреваются меньше, чем лампы накаливания, и в этом смысле они заметно эффективнее. Но из этого не следует, что вопрос температуры для них неважен.
Наоборот: сам светодиод довольно чувствителен к перегреву. Чем горячее кристалл, тем быстрее он деградирует, тем ниже становится световой поток и тем меньше срок службы.
При нагреве до примерно 120–150 °C светодиод уже выходит из строя. Поэтому на практике важно не доводить кристалл до таких температур и организовывать отвод тепла так, чтобы рабочая температура оставалась в комфортных пределах, ориентировочно не выше 60–80 °C.
Охлаждение маломощных светодиодов и ленты
У маломощных светодиодов тепло от кристалла отводится через выводы и контактные площадки. Чем больше площадь, через которую тепло рассеивается, тем эффективнее охлаждение.
Именно поэтому в светодиодной ленте важную роль играют медные дорожки платы: они работают не только как электрические проводники, но и как часть системы охлаждения.
Однако у современных лент мощность бывает достаточно высокой. В таких случаях одной платы уже недостаточно, и ленту лучше устанавливать в алюминиевый профиль или на другую теплопроводную поверхность.
Клеить мощную ленту прямо на дерево, пластик или другую плохо проводящую тепло поверхность — плохая идея. Она будет работать в перегретом режиме и быстрее деградировать.
Охлаждение мощных светодиодов
У мощных SMD- и COB-светодиодов, которые применяются в светильниках и прожекторах, обычно есть дополнительная теплопроводящая подложка. Она позволяет передавать тепло на алюминиевую плату или радиатор заметно эффективнее.
Чтобы светодиод или матрица плотно прилегали к радиатору, используют тонкий слой термопасты. Она нужна не для увеличения толщины, а наоборот — чтобы заполнить микронеровности между поверхностями и улучшить теплопередачу.
Ключевые материалы тут понятны: медь хорошо забирает тепло от кристалла, алюминий удобен как материал радиатора и профиля, а термопаста помогает передать тепло между ними без лишнего теплового сопротивления.
Простейший расчёт охлаждения светодиодов
Для охлаждения важен не столько размер или вес радиатора, сколько площадь его поверхности. Именно поэтому радиаторы делают ребристыми или штырьковыми: так удаётся увеличить площадь рассеивания тепла при относительно компактных габаритах.
Для грубой оценки при комнатной температуре можно использовать упрощённую зависимость:
где Sрад — площадь поверхности радиатора в см², а Pсд — мощность светодиода в ваттах
Этот подход годится только для очень грубой оценки, но он полезен как ориентир и для отдельных мощных светодиодов, и для светодиодных матриц, и для ленты.
Отдельный частный случай — расчёт максимально допустимой мощности ленты для прямоугольного профиля. Если не учитывать экран-рассеиватель, в охлаждении 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. Почему светодиодам нужно качественное охлаждение?
Показать ответ
2. Можно ли мощную светодиодную ленту наклеить 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.