Sådan beregnes kølepladen til en transistor

Udførte beregninger

Afhængigt af hvilke af ovenstående parametre, der vil blive genstand for en detaljeret undersøgelse, foretages en passende beregning. For eksempel at bestemme den nødvendige effekt af en pumpe eller en gaskedel.

Derudover er det meget ofte nødvendigt at beregne varmeanordninger. I processen med denne beregning er det også nødvendigt at beregne bygningens varmetab. Dette skyldes det faktum, at efter at have foretaget en beregning af for eksempel det nødvendige antal radiatorer, kan man nemt lave en fejl, når man vælger en pumpe. En lignende situation opstår, når pumpen ikke kan klare at levere den nødvendige mængde kølevæske til alle radiatorer.

Formel til nøjagtig beregning

Der er en ret kompliceret formel, hvormed du kan foretage en nøjagtig beregning af en varmeradiators effekt:

Q_T = 100 W/m₂ × S(rum)m₂ × q1 × q2 × q3 × q4 × q5 × q6 × q7, hvor

q1 - type ruder: almindelig ruder - 1,27; termoruder - 1; tredobbelt - 0,85.

q2 - vægisolering: dårlig - 1,27; væg i 2 mursten - 1; moderne - 0,85.

q3 - forholdet mellem områderne af vinduesåbninger til gulvet: 40% - 1,2; 30% - 1,1; 20% - 0,9; 10 % - 0,8.

q4 - udendørs temperatur (minimum): -35 ° C - 1,5; -25°C - 1,3; -20°C - 1,1; -15°C - 0,9; -10C° - 0,7.

q5 - antal ydre vægge: fire - 1,4; tre - 1,3; kantet (to) - 1,2; den ene er 1.1.

q6 - type værelse placeret over det beregnede rum: koldt loft - 1; opvarmet loft - 0,9; opvarmet bolig - 0,8.

q7 - højden af lokalerne: 4,5m - 1,2; 4m - 1,15; 3,5 m - 1,1; 3m - 1,05; 2,5 m - 1,3.

Lad os beregne varmeradiatorerne efter område:

Et værelse på 25 m 2 med to dobbeltfløjede vinduesåbninger med tredobbelt ruder, 3 m høje, omsluttende strukturer af 2 mursten, et koldt loft er placeret over rummet. Den mindste lufttemperatur om vinteren er +20°C.

Q_T = 100W/m ₂ × 25 m ₂ × 0,85 × 1 × 0,8(12%) × 1,1 × 1,2 × 1 × 1,05

Resultatet er 2356,20 watt. Dette tal er divideret med 150 watt. Så for vores lokaler kræves der 16 sektioner.

Designfunktioner

Strukturelle radiatorer er opdelt i to grupper:

nål;
ribbet.

Den første type bruges hovedsageligt til naturlig køling af LED'er, den anden - til tvungen køling. Med ens samlede dimensioner er en passiv nåle radiator 70 procent mere effektiv end en ribbet radiator.

Nåletype køleplader til høj effekt og smd LED'er

Men dette betyder ikke, at plade (finnede) radiatorer kun er egnede til at arbejde sammen med en ventilator. Afhængig af de geometriske dimensioner kan de også bruges til passiv køling.

LED-lampe med ribbet køleplade

Begge typer radiatorer kan være kvadratiske, rektangulære eller runde i tværsnit.

Karakteristika fra kineserne

En omsorgsfuld sælger placerer en tabel med parametrene for LED-matricer på produktsiden. Hvis disse data ikke er angivet, så fraråder jeg at købe dette sted, der kan være stor variation i kvaliteten.

I tabellen for 24*24mil kan du se, at sælgeren angiver standardeffekten på 10W, 20W, 30W, 50W, 70W, 100W og antallet af installerede krystaller. Vær meget opmærksom på spænding og strøm. For 100W er antallet af volt 30-32V, Ampere 2-2,1A.

Vi beregner effekten for 24 * 24mil:

minimum 30V*2A = 60W;
maksimalt 32V * 2,1A = 67,2W;
det vil sige, at i stedet for de lovede 100W bliver det 60-65W.

Værdien af 60-65W er stadig for høj, da 1 chip pr. 0,5W, så er det virkelig 50W der, men de solgte det til os som 100W. Krystaller er allerede de billigste og værste, så enhver overclocking er kontraindiceret for dem.

Beregn for 24*44mil:

minimum 30V * 2.850A = 85.5W;
maksimalt 32V * 3A = 96W;
gennemsnittet vil være 90W.

Ifølge tabellen fik vi 90W, i virkeligheden er der 75W, de overvurderede det med 15W.

Lad os beregne for 30*30mil:

minimum 32V * 2,8A = 89,6W
maksimalt 34V * 3,5A = 119W
gennemsnit 105W

Størrelsen på 30*30mil giver de lovede specifikationer. De samme chips er placeret i almindelig højkvalitets enkeltuld 1W med et strømforbrug på 10W, 20W, 30W, 50W, 70W, 100W

Gør-det-selv køling

Det enkleste eksempel på en radiator ville være en "sol" skåret ud af blik eller aluminiumsplade. En sådan radiator kan køle 1-3W LED'er.Ved at sno to sådanne ark sammen gennem termisk pasta, kan du øge varmeoverførselsområdet.

Dette er en banal radiator lavet af improviserede midler, den viser sig at være ret tynd og kan ikke bruges til mere seriøse lamper.

Det vil være umuligt at lave en radiator til en 10W LED med egne hænder på denne måde. Derfor er det muligt at bruge en radiator fra computerens centralenhed til så kraftige lyskilder.

Hvis du forlader køleren, vil aktiv køling af LED'erne give dig mulighed for at bruge kraftigere LED'er. En sådan løsning vil skabe yderligere støj fra ventilatoren og kræve ekstra strøm plus periodisk vedligeholdelse af køleren.

Radiatorarealet for en 10W LED vil være ret stort - omkring 300cm2. En god løsning ville være at bruge færdige aluminiumsprodukter. Hos en hardware- eller isenkræmmer kan du købe en aluminiumsprofil og bruge den til at køle højeffekt-LED'er.

Efter at have lavet en samling af det nødvendige område fra sådanne profiler, kan du få god afkøling, glem ikke at belægge alle leddene med mindst et tyndt lag termisk pasta. Det er værd at sige, at der er en særlig profil til køling, som er industrielt fremstillet i en lang række forskellige typer.

Har du ikke mulighed for at lave en gør-det-selv LED-køleradiator, kan du kigge efter passende genstande i gammelt elektronisk udstyr, også i en computer. Der er flere på bundkortet. De er nødvendige for at køle chipsæt og strømafbrydere til strømkredsløb. Et glimrende eksempel på en sådan løsning er vist på billedet nedenfor. Deres areal er normalt fra 20 til 60 cm2. Det giver dig mulighed for at køle LED'en med en effekt på 1-3 watt.

En anden interessant mulighed for at lave en radiator fra aluminiumsplader. Denne metode giver dig mulighed for at få næsten ethvert nødvendigt køleområde. Se video:

10 W LED

I dag kom en kraftig ti-watts LED af Cree XM-L-H-modellen til os for forskning og eksperimenter. LED'ens design er en standard aluminium "stjerne" med patches til lodning af ledninger og udskæringer til at skrue LED-enheden på radiatoren.

Naturligvis forstår du, at designet af denne LED ikke er designet til at sprede så stor en strøm. Under forsøgene forårsagede allerede en halv watt en let opvarmning af sagen.

De tekniske parametre for Cree XM-L-H LED er opført på hjemmesiden.

Lad os først og fremmest tage strømspændingskarakteristikken for den angivne LED-enhed og indtaste resultaterne i tabellen.

LED spænding	2,3	2,4	2,5	2,57	2,63	2,72	2,81	2,95 3,1
LED-strøm, mA	1	10	50	100	250	500	1000	2000 3000

Som du kan se, er hældningen af I–V-karakteristikken ret stor, og en lille spændingsafvigelse inden for 0,1V fører umiddelbart til en skarp ændring i strømforbruget. Og i betragtning af at driftsstrømmen når 3 ampere, elimineres brugen af en slukningsmodstand til at stabilisere strømmen. Faktisk, for en normal strømforsyning af denne LED på 10 watt, lad os sige fra et 12V bilbatteri, skal du installere en 3 Ohm modstand med en effekt på 35 watt!

Så i dette tilfælde har brugen af en speciel konverter-driver ikke noget alternativ. Desuden er dens pris inden for 2-4.

Og lad os nu teste LED'en i en duel med en glødepære 220V 60W. Billederne nedenfor viser lysmuligheder med begge lyskilder.

Kun 10 watt LED

Kun 60 watt glødepære

Træk dine egne konklusioner. Selvfølgelig taber LED'en i farvetemperatur (trods alt 6000K), men med hensyn til lysstyrke pr. watt strømforbrug overgik den sin rival flere gange.

En anden god funktion er en meget bred lysvinkel, næsten 170 grader. Æraen med LED'er med linser er forbi, nu kræves der ikke engang en reflektor for at opnå normal belysning. Designet af LED-enhedens lysgiver er sådan, at lyset udsendes jævnt over hele halvkuglen.

Det virker interessant at bruge denne 10-watt LED enten i en kraftig LED lommelygte (hvilket blev gjort), eller sammen med en LED driver i kroppen af en udbrændt fluorescerende energibesparende lampe. Men glem ikke tilstrækkelig varmeafledning - radiatorens dimensioner skal være mindst 10 kvadratmeter. cm.

Jeg vil ikke tale om prisen på LED, da prisen på LED-enheder konstant falder. Tjek netbutikker. I de følgende artikler vil vi udføre interessante eksperimenter med den mest kraftfulde LED på flere titusinder af watt! LED Forum

Anvendelsesområde

Super lyse 10W LED'er er meget udbredt i forskellige belysningsapplikationer. Alle områder kan betinget opdeles i generelle og særlige formål. Det generelle formål omfatter drift af lysdioder i lamper, lamper, spotlights, og det særlige formål er anvendelse til belysning i drivhuse og akvarier. Den anden mulighed er de såkaldte phytolamps og ikke kun. Tricket er, at emissionsspektret for denne LED er optimalt til plantevækst, både på land og i vand. Og udover alger og fisk har belysning med 10 watt LED'er en positiv effekt på udviklingen af koraller, så akvarieelskere er hyppige forbrugere af denne radiokomponent. Alle disse vidunderlige egenskaber manifesteres i en bestemt kombination af krystalfarver. Med hensyn til brugen af den beskrevne halvlederanordning til generelle belysningsanordninger, ud over husholdningslamper, er LED'en fremragende brugt til fremstilling af forlygter til en bil, trafiklys og vejbelysning.

Til dekorationsformål bruges flerfarvede 10-watt LED'er i landskabsdesign til at belyse bygninger, swimmingpools og gadereklamer.

Standard udvælgelsesmetode

Det bruges kun, når rummets højde er mindre end 3 m. Det implementeres som følger:

Bestem arealet af rummet. For eksempel er det 25 m².
Multiplicer det resulterende tal med 100 watt. Ifølge SNiP er dette tal normen. Dokumentet siger, at der skal genereres 100 watt for hver kvadratmeter. Det viser sig, at varmekilden skal skabe 2.500 W eller 2,5 kW.
Den modtagne effekt er divideret med varmeoverførslen af en sektion af batteriet. Dette trin udføres, når det er planlagt at installere en sektionsradiator eller batteri. Som du ved, har støbejern, aluminium og bimetalliske varmeanordninger et sådant design. Hvis batteriet har en sektion med en varmeafledning på 150 W, skal du købe en enhed med 17 sektioner (2500/150 = 16,6, kun rundet op).

Med panelradiatorer er situationen noget anderledes. De er en struktur i ét stykke, som ikke kan øges eller formindskes. Derfor tages deres fulde kraft i betragtning. Men at installere en stor 2,5 kW køleplade ville være lidt af et fejltrin. Dette skyldes, at der bruges en anden beregningsmetode for disse batterier.

Nogle funktioner i standardmetoden

Men hvis rummet har et øget varmetab, skal den samlede effekt af varmeanordningerne (i vores tilfælde er tallet 2,5 kW) justeres.

Justeringen skal være sådan:

En stigning i det endelige tal med 20% i tilfælde af, at rummet er et hjørne (det vil sige to vægge er eksterne).
Forøgelse af den samlede effekt med 10 % i tilfælde af bundtilslutning af radiatoren.
Reduktion af den samlede varmemængde med 15-25%, hvis der installeres metal-plastvinduer i rummet.

https://youtube.com/watch?v=mVNWfHKN-Pw

Materialer til fremstilling

Radiatorer til køling af LED'er varierer i design og materiale.

Den omgivende luft kan ikke tage mere end 5-10 W fra en enkelt overflade

Når du vælger et materiale til fremstilling af en radiator, skal følgende betingelse tages i betragtning: dens termiske ledningsevne skal være mindst 5-10 W.Materialer med en mindre parameter vil ikke være i stand til at overføre al den varme, som luft kan tage.

Til fremstilling af radiatorer anvendes traditionelt aluminium, kobber eller keramik. For nylig er der dukket produkter lavet af varmeafledende plast op.

Aluminium

Den største ulempe ved en aluminiumsradiator er flerlagsdesignet. Dette fører uundgåeligt til fremkomsten af forbigående termiske modstande, som skal overvindes ved at bruge yderligere varmeledende materialer:

klæbende stoffer;
isolerende plader;
materialer, der udfylder luftspalter mv.

Aluminiums køleplader til 1W LED'er

Kobber

Kobber har en højere termisk ledningsevne end aluminium, så i nogle tilfælde er dets brug til fremstilling af radiatorer berettiget. Generelt er dette materiale ringere end aluminium med hensyn til lethed af konstruktion og fremstillingsevne (kobber er et mindre bøjeligt metal).

Det er umuligt at fremstille en kobberradiator ved at trykke på - den mest økonomiske - metode. Og skæring giver en stor procentdel af spild af dyrt materiale.

Sådan beregnes kølepladen til en transistor

Kobber radiatorer

Keramisk

En af de mest succesrige muligheder for en køleplade er et keramisk substrat, hvorpå der på forhånd er påført strømførende spor. LED'er er loddet direkte til dem. Dette design giver dig mulighed for at fjerne dobbelt så meget varme sammenlignet med metalradiatorer.

Pære med keramisk køleplade

Varmeafledende plast

Der er i stigende grad information om mulighederne for at erstatte metal og keramik med termisk dissiperende plast. Interessen for dette materiale er forståelig: plast koster meget mindre end aluminium, og dets fremstillingsevne er meget højere. Den termiske ledningsevne af almindelig plast overstiger dog ikke 0,1-0,2 W / m.K. Det er muligt at opnå acceptabel termisk ledningsevne af plast ved brug af forskellige fyldstoffer.

Ved udskiftning af en aluminiumsradiator med en plastik (af samme størrelse), stiger temperaturen i temperaturforsyningszonen med kun 4-5%. I betragtning af, at den termiske ledningsevne af varmeafledende plast er meget mindre end aluminium (8 W/m.K versus 220-180 W/m.K), kan vi konkludere, at plastmaterialet er ret konkurrencedygtigt.

Pære med termoplastisk køleplade

Radiatorarealberegning

Allerede i starten skal du finde ud af, hvor meget grunder og maling du skal bruge til at male batteriet. Dette kan findes ved at beregne arealet af varmeradiatoren. Dernæst skal du se på anbefalingerne angivet på dåsen med maling. De angiver altid, hvor meget maling der kan gå pr. 1 kvm. m. Det er umuligt selvstændigt at måle området af batteriet. Dette behøver ikke at gøres, fordi producenterne angiver opvarmningsoverfladen af sektionen. Da hver kvadratcentimeter af sektionen opvarmes, er dette område og arealet af hele sektionens overflade.

Den ene kant af MS-140-500-batteriet har et areal på 0,244 kvm. m. Modifikationen af denne model med en centerafstand på 300 mm har sektioner med et areal på 0,208 kvadratmeter. m.

For at bestemme det samlede overfladeareal af et støbejernsbatteri skal du:

Find ud af modelnavnet på det installerede batteri og helst producenten (dette skyldes, at sektionerne produceret af producenter af de samme modeller har forskellige dybder og bredder).
Indstil varmeområde 1 fin.
Gang antallet af sektioner med arealet. Hvis der er 10 finner i MS-140-500 radiatoren, vil overfladearealet være 2,44 kvm. m.

Efter at have foretaget beregningen, bestemme mængden af sammensætning og primer, køb dem og mal. Maling bør tages med en margen, fordi alle påfører et lag med en forskellig tykkelse.

Metoder til beregning af radiatorer

Så det er værd at starte med beregningen af batterier. Det mindst nødvendige antal kan afhænge af flere parametre på én gang:

Ordning for installation af varmeradiatorer.

område af lokalerne;
loftshøjde;
vægmateriale, tilstedeværelsen af huller, antallet af vinduer, det vil sige fra husets varmetab.

Den enkleste beregning, som ikke tager højde for mange af ovenstående faktorer, kan betragtes som den, der udføres i henhold til følgende formel:

K er det nødvendige antal batterisektioner;
P er det samlede areal af de opvarmede lokaler, som valget foretages for;
M1 er styrken af en sektion.

I formlen ganges forskellen med 100. Dette tal blev ikke taget tilfældigt. Langsigtet praksis har vist, at den minimale effekt, der kræves for en arealenhed (1 kvm) af et opvarmet rum for at opretholde normale temperaturforhold i det, er omkring 100 watt.

Det er værd at bemærke, at for ikke-beboelsesbygninger, men med behov for opvarmning, kan dette tal tage en værdi på 50 watt.

For at udføre valget i henhold til formlen mangler en konstant - varmeeffekten af en sektion. Det kan selvfølgelig også beregnes, men det er ret kompliceret og tidskrævende.

Da alle varmebatterier i støbejern er omtrent lige store, blev der taget en gennemsnitlig effektværdi på omkring 150 watt over mange års praksis.

Nu, med alle dataene, kan du vælge det nødvendige antal radiatorsektioner.

Dette er dog kun den enkleste formel. Da hvert værelse individuelt har sine egne varmetabsindikatorer, tilføjes yderligere koefficienter normalt til formlen. For eksempel, hvis rummet har to ydervægge, det vil sige, at det er kantet, så indtastes en faktor på 1,2.

Så vil formlen have formen:

Lad rummet have et areal på 9 kvadratmeter og være placeret i midten af huset, men med to ydervægge. Det er nødvendigt at udføre valget af varmeelementer til dette rum.

Så K \u003d (9/150) * 100 * 1,2 \u003d 7,2, det vil sige 8 sektioner.

Det er værd at bemærke, at denne beregning kun er gyldig for lofter, der ikke er højere end 2,7 meter. Det skal også siges, at det er mere korrekt at beregne ud fra rummets volumen.

Omtrent samme princip er baseret på den anden omtrentlige beregning. Det har længe været beregnet, at en sektion af batteriet er i stand til at opvarme cirka 1,8 kvadratmeter. m gulvplads. Desuden gælder dette tal kun for lofter, der ikke overstiger 2,7 m i højden.

Producenter

Lederne inden for produktion af højeffekt-LED'er, såsom LED 10 W, er spredt i tre dele af verden. Blandt dem er det amerikanske firma Cree (som vi allerede har nævnt og demonstreret et udsnit af dets produkter), det japanske Nichia (en pioner inden for LED-teknologi), samt den tyske Osram (mere kendt af den indenlandske køber).

Brandede LED-produkter er dyrere end deres noname-modstykker, men ingen garanterer kvalitet i det andet tilfælde.

Overvej hvilke funktioner du vil støde på, når du beslutter dig for at købe kinesiske billige 10-watts LED'er. For det første, hvis du sammenligner omhyggeligt, så er 9 matrixkrystaller i sig selv mindre end højkvalitetsmoduler. Dette vil selvfølgelig påvirke lysudbyttet under deres arbejde. For det andet den stærke ujævnhed i gløden af hver krystal. Dette er dog kun mærkbart ved en reduceret strøm, men ikke desto mindre påvirker denne funktion nedbrydningshastigheden af hele LED-modulet.

10 watt fakes fra Kina

På billedet kan du se den ujævne glød af de enkelte krystaller i modulet, og hvordan den udjævnes med en stigning i strømstyrken

For det tredje, i lysdioder af lav kvalitet, er lederne, der forbinder krystallerne, meget tynde og kan gå i stykker på grund af skødesløs bevægelse, hvilket vil afbryde funktionen af mindst en tredobbelt af på hinanden følgende krystaller.

Sammenfattende ovenstående vil jeg gerne fremhæve artiklens teser, der er vigtige for udenadslære. 10 W LED'er som lysemitterende kilder er meget udbredt i praksis til fremstilling af billygter, lommelygter, spotlights og andre lysanordninger.

Radiatorkøling er afgørende for den normale drift af LED'en. Strøm leveres fra en 12V kilde gennem en driver (spændingsstabilisator)

Et velkendt mærke garanterer uafbrudt drift i hele den deklarerede periode, og der kan opstå problemer med kinesiske billige modparter.

LED design, muligheder

COB 10 W LED er et kompakt chip-on-board modul. Den grundlæggende forskel fra SMD er, at flere krystaller er placeret sammen på et bræt og dækket af et fælles lag fosfor. Dette reducerer omkostningerne ved matrixen betydeligt. Den består af 9 krystaller: tre parallelle kæder med tre krystaller forbundet i serie i hver. Udvendigt kan LED 10 W afvige i formen af det ledende substrat. For eksempel ser en Cree LED ud som den, der er vist på figuren. Dens substrat har form som en stjerne og er lavet af aluminium.

Modulets krop er lavet af varmebestandig plast, og linsen er lavet af epoxyharpiks. Klassisk LED 10 W ser ud som vist i diagrammet, men i praksis varierer de overordnede mål afhængigt af producenten.

Glem ikke, at LED'en er et polært element, så vær opmærksom på markeringerne under installationen. En forudsætning for en tilstrækkelig funktion af 10 W LED er tilstedeværelsen af en køleplade

Du kan organisere det ved hjælp af en aluminium eller kobber radiator. Smør LED-substratet med termisk ledende pasta eller smeltelim for bedre varmeafledning. Nogle gange er der yderligere monteret en køler, som sørger for luftcirkulation for at afkøle radiatorfinnerne.

På videoen kan du se testen af 10W LED og anbefalinger til tilslutning af et sådant element. Sådan skal 10W LED-forbindelsesdiagrammet se ud.

Strømkilden kan være et bilbatteri, en computerstrømforsyning eller en specialkøbt 12-voltskilde. For at undgå overophedning (på trods af kølepladen) og beskytte LED'en, er det bydende nødvendigt at forbinde den ikke direkte til kilden, men gennem enhver spændingsregulator. Diagrammet viser den integrerede spændingsregulator LM-317, men du kan bruge en anden med passende parametre. Ved hjælp af en konventionel rulle og en modstand forsyner du dig selv med garanteret 12 V ved udgangen, og strømmen vil ikke overstige 1 A, hvilket er nøglen til din enheds holdbarhed.

Kombinationen af en modstand og en stabilisator kaldes en LED-driver.

Hvorfor dioder har brug for køling

På trods af det høje lysudbytte udsender LED'er lys til omkring en tredjedel af den forbrugte strøm, og resten frigives til varme. Hvis dioden overophedes, bliver strukturen af dens krystal forstyrret, begynder at nedbrydes, lysstrømmen falder, og opvarmningsgraden stiger som en lavine.

Årsager til LED-overophedning:

For meget strøm;
dårlig stabilisering af forsyningsspændingen;
dårlig afkøling.

De to første årsager løses ved at bruge en kvalitetsstrømforsyning til LED'er. Sådanne kilder omtales ofte som en LED-driver. Deres egenskab er ikke i spændingsstabilisering, men i stabilisering af udgangsstrømmen.

Faktum er, at når lysdioden er overophedet, falder lysdiodens modstand, og strømmen, der strømmer gennem den, stiger. Hvis du bruger en spændingsstabilisator som strømforsyning, vil processen vise sig at være en lavine: mere opvarmning - mere strøm og mere strøm - dette er mere opvarmning og så videre i en cirkel.

Ved at stabilisere strømmen stabiliserer du delvist krystallens temperatur. Den tredje grund er dårlig køling til LED'er. Lad os overveje dette spørgsmål mere detaljeret.