Cómo calcular el radiador para un transistor.

Cálculos realizados

Dependiendo de cuál de los parámetros anteriores será objeto de un estudio detallado, se realiza un cálculo apropiado. Por ejemplo, determinar la potencia requerida de una bomba o una caldera de gas.

Además, muy a menudo es necesario calcular los dispositivos de calefacción. En el proceso de este cálculo, también es necesario calcular las pérdidas de calor del edificio. Esto se debe al hecho de que, al realizar un cálculo, por ejemplo, de la cantidad requerida de radiadores, es fácil cometer un error al elegir una bomba. Una situación similar ocurre cuando la bomba no puede suministrar la cantidad requerida de refrigerante a todos los radiadores.

Fórmula para un cálculo preciso

Existe una fórmula bastante complicada mediante la cual puede realizar un cálculo preciso de la potencia de un radiador de calefacción:

q_T = 100 W/m₂ × S(habitación)m₂ × q1 × q2 × q3 × q4 × q5 × q6 × q7, donde

q1 - tipo de acristalamiento: acristalamiento ordinario - 1,27; doble acristalamiento - 1; triple - 0.85.

q2 - aislamiento de la pared: pobre - 1.27; pared en 2 ladrillos - 1; moderno - 0.85.

q3 - la relación de las áreas de las aberturas de las ventanas al piso: 40% - 1.2; 30% - 1,1; 20% - 0,9; 10% - 0,8.

q4 - temperatura exterior (mínima): -35 ° C - 1,5; -25°C - 1,3; -20°C - 1,1; -15°C - 0,9; -10C° - 0,7.

q5 - número de paredes exteriores: cuatro - 1.4; tres - 1.3; angular (dos) - 1.2; uno es 1.1.

q6 - tipo de habitación ubicada arriba de la calculada: ático frío - 1; ático calentado - 0.9; residencial calentado - 0.8.

q7 - la altura del local: 4,5 m - 1,2; 4 m - 1,15; 3,5 m - 1,1; 3 m - 1,05; 2,5 m - 1,3.

Calculemos los radiadores de calefacción por área:

Una habitación de 25 m 2 con dos aberturas de ventanas de doble hoja con triple acristalamiento, 3 m de altura, estructuras de cerramiento de 2 ladrillos, un ático frío se encuentra sobre la habitación. La temperatura mínima del aire en invierno es de +20°C.

q_T = 100 W/m2 ₂ × 25 metros ₂ × 0,85 × 1 × 0,8(12%) × 1,1 × 1,2 × 1 × 1,05

El resultado es 2356,20 vatios. Este número se divide por 150 vatios. Entonces, para nuestro local, se requieren 16 secciones.

Caracteristicas de diseño

Los radiadores estructurales se dividen en dos grupos:

aguja;
acanalado.

El primer tipo se utiliza principalmente para el enfriamiento natural de los LED, el segundo, para el enfriamiento forzado. Con dimensiones generales iguales, un radiador de aguja pasivo es un 70 por ciento más eficiente que uno acanalado.

Disipadores tipo aguja para LEDs de alta potencia y smd

Pero esto no significa que los radiadores laminares (con aletas) solo sean adecuados para trabajar en conjunto con un ventilador. Dependiendo de las dimensiones geométricas, también se pueden utilizar para refrigeración pasiva.

Lámpara LED con disipador acanalado

Ambos tipos de radiadores pueden ser cuadrados, rectangulares o redondos en sección transversal.

Características de los chinos

Un vendedor atento coloca una tabla con los parámetros de las matrices LED en la página del producto. Si no se indican estos datos, entonces no aconsejo comprar en este lugar, puede haber una gran variación en la calidad.

En la tabla de 24*24mil, puede ver que el vendedor indica la potencia estándar de 10W, 20W, 30W, 50W, 70W, 100W y la cantidad de cristales instalados. Preste mucha atención al voltaje y la corriente. Para 100W, el número de voltios es 30-32V, Ampere 2-2.1A.

Calculamos la potencia para 24 * 24mil:

mínimo 30V*2A = 60W;
máximo 32V * 2.1A = 67.2W;
es decir, en lugar de los 100W prometidos, serán 60-65W.

El valor de 60-65 W sigue siendo demasiado alto, ya que 1 chip por 0,5 W, entonces realmente son 50 W, pero nos lo vendieron como 100 W. Los cristales ya son los más baratos y los peores, por lo que cualquier overclocking les está contraindicado.

Calcular para 24*44mil:

mínimo 30V * 2.850A = 85.5W;
máximo 32V * 3A = 96W;
el promedio será de 90W.

Según la tabla, tenemos 90W, en realidad hay 75W, lo sobreestimaron en 15W.

Calculemos para 30*30mil:

mínimo 32V * 2.8A = 89.6W
máximo 34V * 3.5A = 119W
promedio 105W

El tamaño de 30*30 mil proporciona las especificaciones prometidas. Los mismos chips se colocan en 1 W de lana simple ordinaria de alta calidad con un consumo de energía de 10 W, 20 W, 30 W, 50 W, 70 W, 100 W

Enfriamiento de bricolaje

El ejemplo más simple de un radiador sería un "sol" tallado en hojalata o lámina de aluminio. Tal radiador puede enfriar 1-3W de LED.Al torcer dos hojas de este tipo con pasta térmica, puede aumentar el área de transferencia de calor.

Este es un radiador banal hecho con medios improvisados, resulta bastante delgado y no se puede usar para lámparas más serias.

Será imposible hacer un radiador para un LED de 10 W con sus propias manos de esta manera. Por lo tanto, es posible usar un radiador de la unidad central de procesamiento de la computadora para fuentes de luz tan poderosas.

Si deja el enfriador, el enfriamiento activo de los LED le permitirá usar LED más potentes. Tal solución generará ruido adicional del ventilador y requerirá energía adicional, además de un mantenimiento periódico del enfriador.

El área del radiador para un LED de 10 W será bastante grande, unos 300 cm2. Una buena solución sería utilizar productos acabados de aluminio. En una ferretería o ferretería puedes adquirir un perfil de aluminio y usarlo para enfriar LED de alta potencia.

Una vez que haya realizado un ensamblaje del área requerida a partir de dichos perfiles, puede obtener un buen enfriamiento, no olvide cubrir todas las juntas con al menos una capa delgada de pasta térmica. Cabe decir que existe un perfil especial para refrigeración, que se produce industrialmente en una amplia variedad de tipos.

Si no tiene la oportunidad de hacer un radiador de enfriamiento LED de bricolaje, puede buscar elementos adecuados en equipos electrónicos antiguos, incluso en una computadora. Hay varios en la placa base. Se necesitan para enfriar conjuntos de chips e interruptores de alimentación para circuitos de alimentación. Un excelente ejemplo de tal solución se muestra en la foto a continuación. Su área suele ser de 20 a 60 cm2. Eso le permite enfriar el LED con una potencia de 1-3 vatios.

Otra opción interesante para hacer un radiador con láminas de aluminio. Este método le permitirá obtener casi cualquier área de enfriamiento requerida. Ver video:

LED de 10W

Hoy, nos llegó un potente LED de diez vatios del modelo Cree XM-L-H para investigación y experimentos. El diseño del LED es una "estrella" de aluminio estándar con parches para soldar cables y recortes para atornillar el dispositivo LED al radiador.

Naturalmente, comprende que el diseño de este LED no está diseñado para disipar una cantidad tan grande de energía. Durante los experimentos, ya medio vatio provocó un ligero calentamiento de la carcasa.

Los parámetros técnicos del LED Cree XM-L-H se enumeran en el sitio web.

En primer lugar, tomemos la característica de voltaje de corriente del dispositivo LED indicado e ingresemos los resultados en la tabla.

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

Como puede ver, la pendiente de la característica I–V es bastante grande y una pequeña desviación de voltaje dentro de 0,1 V conduce inmediatamente a un cambio brusco en el consumo de corriente. Y dado que la corriente de funcionamiento alcanza los 3 amperios, se elimina el uso de una resistencia de extinción para estabilizar la corriente. De hecho, para una alimentación normal de este LED a 10 vatios, digamos de una batería de automóvil de 12 V, ¡tendría que instalar una resistencia de 3 ohmios con una potencia de 35 vatios!

Entonces, en este caso, el uso de un convertidor-controlador especial no tiene alternativa. Además, su precio está dentro de 2-4.

Y ahora probemos el LED en un duelo con una bombilla incandescente de 220V 60W. Las fotos a continuación muestran las opciones de iluminación con ambas fuentes de luz.

LED de 10 vatios solamente

Solo bombilla incandescente de 60 vatios

Saca tus propias conclusiones. Por supuesto, el LED pierde en temperatura de color (después de todo, 6000K), pero en términos de brillo por vatio de consumo de energía, superó varias veces a su rival.

Otra buena característica es un ángulo de luz muy amplio, casi 170 grados. La era de los LED con lentes ha pasado, ahora ni siquiera se necesita un reflector para obtener una iluminación normal. El diseño del emisor de luz del dispositivo LED es tal que la luz se emite uniformemente en todo el hemisferio.

Parece interesante usar este LED de 10 vatios en una potente linterna LED (lo cual se hizo) o junto con un controlador LED en una carcasa de lámpara fluorescente de bajo consumo quemada. Pero no se olvide de la disipación de calor suficiente: las dimensiones del radiador deben ser de al menos 10 metros cuadrados. cm.

No hablaré sobre el precio del LED, ya que el costo de los dispositivos LED está disminuyendo constantemente. Consultar tiendas online. ¡En los siguientes artículos realizaremos experimentos interesantes con el LED más potente de varias decenas de vatios!

Área de aplicación

Los LED superbrillantes de 10 W se utilizan ampliamente en diversas aplicaciones de iluminación. Todas las áreas se pueden dividir condicionalmente en propósitos generales y especiales. El propósito general incluye el funcionamiento de LEDs en lámparas, lámparas, focos, y el propósito especial es el uso para iluminación en invernaderos y acuarios. La segunda opción son los llamados fitolámparas y no solo. El truco está en que el espectro de emisión de este LED es óptimo para el crecimiento de las plantas, tanto en tierra como en agua. Y además de las algas y los peces, la iluminación con LED de 10 vatios tiene un efecto positivo en el desarrollo de los corales, por lo que los amantes de los acuarios son consumidores frecuentes de este componente de radio. Todas estas maravillosas propiedades se manifiestan en una cierta combinación de colores de cristal. En cuanto al uso del dispositivo semiconductor descrito para dispositivos de iluminación de propósito general, además de las lámparas domésticas, el LED se usa excelentemente para la fabricación de faros para automóviles, semáforos e iluminación de carreteras.

Con fines decorativos, los LED multicolores de 10 vatios se utilizan en el diseño de paisajes, para iluminar edificios, piscinas y publicidad en la calle.

Método de selección estándar

Se utiliza solo cuando la altura de la habitación es inferior a 3 m Se implementa de la siguiente manera:

Determina el área de la habitación. Por ejemplo, son 25 m².
Multiplique la cifra resultante por 100 vatios. Según SNiP, esta cifra es la norma. El documento dice que se deben generar 100 vatios por cada metro cuadrado. Resulta que la fuente de calor debería generar 2.500 W o 2,5 kW.
La potencia recibida se divide por la transferencia de calor de una sección de la batería. Este paso se realiza cuando se planea instalar un radiador seccional o una batería. Como saben, los dispositivos de calefacción de hierro fundido, aluminio y bimetálicos tienen ese diseño. Si la batería tiene una sección con una disipación de calor de 150 W, entonces debe comprar un dispositivo con 17 secciones (2500/150 = 16,6, solo redondeado).

Con los radiadores de panel, la situación es algo diferente. Son una estructura de una sola pieza que no se puede aumentar ni disminuir. Por lo tanto, se tiene en cuenta todo su poder. Sin embargo, instalar un disipador térmico grande de 2,5 kW sería un paso en falso. Esto se debe a que se utiliza un método de cálculo diferente para estas baterías.

Algunas características del método estándar

Sin embargo, si la habitación tiene una mayor pérdida de calor, entonces se debe ajustar la potencia total de los dispositivos de calefacción (en nuestro caso, la cifra es de 2,5 kW).

El ajuste debería ser así:

Incremento de la cifra final en un 20% en el caso de que la habitación sea de esquina (es decir, dos paredes exteriores).
Aumento de la potencia total en un 10% en caso de conexión inferior del radiador.
Reducir la cantidad total de calor en un 15-25% si se instalan ventanas de metal y plástico en la habitación.

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

Materiales para la fabricación

Los radiadores para enfriar los LED varían en diseño y material.

El aire ambiente no puede tomar más de 5-10 W de una sola superficie

Al elegir un material para la fabricación de un radiador, se debe tener en cuenta la siguiente condición: su conductividad térmica debe ser de al menos 5-10 W.Los materiales con un parámetro más pequeño no podrán transferir todo el calor que puede absorber el aire.

Para la fabricación de radiadores se utilizan tradicionalmente aluminio, cobre o cerámica. Recientemente, han aparecido productos hechos de plásticos disipadores de calor.

Aluminio

La principal desventaja de un radiador de aluminio es el diseño de múltiples capas. Esto conduce inevitablemente a la aparición de resistencias térmicas transitorias, que deben superarse mediante el uso de materiales conductores de calor adicionales:

sustancias adhesivas;
placas aislantes;
materiales que llenan espacios de aire, etc.

Disipadores de Aluminio para LEDs de 1W

Cobre

El cobre tiene una conductividad térmica superior a la del aluminio, por lo que en algunos casos se justifica su uso para la fabricación de radiadores. En general, este material es inferior al aluminio en términos de ligereza de construcción y capacidad de fabricación (el cobre es un metal menos flexible).

Es imposible fabricar un radiador de cobre por prensado, el método más económico. Y el corte da un gran porcentaje de desperdicio de material costoso.

Cómo calcular el radiador para un transistor.

Radiadores de cobre

Cerámico

Una de las opciones más exitosas para un disipador de calor es un sustrato cerámico, sobre el cual se aplican previamente trazas portadoras de corriente. Los LED están soldados directamente a ellos. Este diseño le permite eliminar el doble de calor en comparación con los radiadores de metal.

Bombilla con disipador cerámico

Plásticos disipadores de calor

Cada vez hay más información sobre las perspectivas de reemplazar el metal y la cerámica con plástico de disipación térmica. El interés en este material es comprensible: el plástico cuesta mucho menos que el aluminio y su capacidad de fabricación es mucho mayor. Sin embargo, la conductividad térmica del plástico ordinario no supera los 0,1-0,2 W/m.K. Es posible lograr una conductividad térmica aceptable de los plásticos mediante el uso de varios rellenos.

Al reemplazar un radiador de aluminio por uno de plástico (del mismo tamaño), la temperatura en la zona de suministro de temperatura aumenta solo un 4-5%. Dado que la conductividad térmica del plástico disipador de calor es mucho menor que la del aluminio (8 W/m.K frente a 220-180 W/m.K), podemos concluir que el material plástico es bastante competitivo.

Bombilla con disipador termoplástico

Cálculo del área del radiador

Al principio, debe calcular la cantidad de imprimación y pintura que necesita usar para pintar la batería. Esto se puede encontrar calculando el área del radiador de calefacción. A continuación, fíjate en las recomendaciones indicadas en el bote de pintura. Siempre indican cuánta pintura puede ir por 1 metro cuadrado. m Es imposible medir de forma independiente el área de la batería. No es necesario hacerlo, porque los fabricantes indican el área de superficie de calentamiento de la sección. Dado que cada centímetro cuadrado de la sección se calienta, esta área y el área de toda la superficie de la sección.

Un borde de la batería MS-140-500 tiene un área de 0,244 pies cuadrados. M. La modificación de este modelo con una distancia entre ejes de 300 mm tiene secciones con un área de 0,208 metros cuadrados. metro.

Para determinar el área de superficie total de una batería de hierro fundido, debe:

Averigüe el nombre del modelo de la batería instalada y, preferiblemente, el fabricante (esto se debe a que las secciones producidas por fabricantes de los mismos modelos tienen diferentes profundidades y anchos).
Ajuste el área de calefacción 1 aleta.
Multiplica el número de secciones por el área. Si hay 10 aletas en el radiador MS-140-500, entonces el área de la superficie será de 2,44 m2. metro.

Una vez realizado el cálculo, determine la cantidad de composición e imprimación, cómprelos y pinte. La pintura debe tomarse con un margen, porque todos aplican una capa con un grosor diferente.

Métodos para calcular radiadores.

Entonces, vale la pena comenzar con el cálculo de las baterías. El número mínimo requerido puede depender de varios parámetros a la vez:

Esquema de instalación de radiadores de calefacción.

área del local;
altura del techo;
material de la pared, la presencia de agujeros, la cantidad de ventanas, es decir, de la pérdida de calor de la casa.

El cálculo más sencillo, que no tiene en cuenta muchos de los factores anteriores, puede considerarse el que se realiza según la siguiente fórmula:

K es el número requerido de secciones de batería;
P es el área total de los locales calentados para los que se realiza la selección;
M1 es el poder de una sección.

En la fórmula, la diferencia se multiplica por 100. Esta cifra no se tomó al azar. La práctica a largo plazo ha demostrado que la potencia mínima requerida para una unidad de área (1 m2) de una habitación calentada para mantener las condiciones normales de temperatura en ella es de aproximadamente 100 vatios.

Vale la pena señalar que para edificios no residenciales, pero que necesitan calefacción, esta cifra puede tomar un valor de 50 vatios.

Para llevar a cabo la selección de acuerdo con la fórmula, falta una constante: la potencia de calentamiento de una sección. Por supuesto, también se puede calcular, pero es bastante complicado y requiere mucho tiempo.

Dado que todas las baterías de calefacción de hierro fundido tienen aproximadamente el mismo tamaño, se tomó un valor de potencia promedio de aproximadamente 150 vatios durante muchos años de práctica.

Ahora, teniendo todos los datos, puede seleccionar el número requerido de secciones de radiador.

Sin embargo, esta es solo la fórmula más simple. Dado que cada habitación individualmente tiene sus propios indicadores de pérdida de calor, generalmente se agregan coeficientes adicionales a la fórmula. Por ejemplo, si la habitación tiene dos paredes externas, es decir, es angular, se ingresa un factor de 1.2.

Entonces la fórmula tomará la forma:

Que la habitación tenga un área de 9 metros cuadrados y esté ubicada en el centro de la casa, pero con dos paredes exteriores. Es necesario llevar a cabo la selección de elementos de calefacción para esta habitación.

Entonces, K \u003d (9/150) * 100 * 1.2 \u003d 7.2, es decir, 8 secciones.

Vale la pena señalar que este cálculo solo es válido para techos que no superen los 2,7 metros. También se debe decir que es más correcto calcular en función del volumen de la habitación.

Aproximadamente el mismo principio se basa en el segundo cálculo aproximado. Durante mucho tiempo se calculó que una sección de la batería es capaz de calentar aproximadamente 1,8 metros cuadrados. m de superficie útil. Además, esta cifra es cierta solo para techos que no superan los 2,7 m de altura.

Fabricantes

Los líderes en la producción de LED de alta potencia, como el LED de 10 W, están dispersos en tres partes del mundo, entre ellos se encuentran la empresa estadounidense Cree (que ya mencionamos y mostramos una muestra de sus productos), la japonesa Nichia (pionero en el campo de la tecnología LED), así como el alemán Osram (más conocido por el comprador nacional).

Los productos LED de marca son más caros que sus contrapartes sin nombre, pero nadie garantiza la calidad en el segundo caso.

Considere qué características encontrará cuando decida comprar LED chinos baratos de 10 vatios. Primero, si compara cuidadosamente, entonces los 9 cristales de matriz son más pequeños que los de los módulos de alta calidad. Esto, por supuesto, afectará la salida de luz durante su trabajo. En segundo lugar, la fuerte irregularidad del brillo de cada cristal. Sin embargo, esto se nota solo con una corriente reducida, pero, sin embargo, esta característica afecta la tasa de degradación de todo el módulo LED.

Falsificaciones de 10 vatios de China

En la imagen, puede ver el brillo desigual de los cristales individuales del módulo y cómo se nivela con un aumento en la corriente.

En tercer lugar, en los LED de baja calidad, los conductores que conectan los cristales son muy delgados y pueden romperse debido a un movimiento descuidado, lo que interrumpirá el funcionamiento de al menos un triple de cristales consecutivos.

Resumiendo lo anterior, me gustaría resaltar las tesis del artículo que son importantes para la memorización. Los LED de 10 W como fuentes emisoras de luz se utilizan ampliamente en la práctica para la fabricación de lámparas, linternas, focos y otros dispositivos de iluminación para automóviles.

La refrigeración del radiador es fundamental para el rendimiento adecuado de los LED. La energía se suministra desde una fuente de 12V a través de un controlador (estabilizador de voltaje)

Una marca conocida garantiza un funcionamiento ininterrumpido durante todo el período declarado, y pueden surgir problemas con las contrapartes chinas de bajo costo.

Diseño LED, opciones

El LED COB de 10 W es un módulo integrado compacto. La diferencia fundamental con SMD es que varios cristales se colocan juntos en un tablero y se cubren con una capa común de fósforo. Esto reduce significativamente el costo de la matriz. Consta de 9 cristales: tres cadenas paralelas con tres cristales conectados en serie en cada una. Externamente, el LED de 10 W puede diferir en la forma del sustrato conductor. Por ejemplo, un LED Cree se parece al que se muestra en la figura. Su sustrato tiene forma de estrella y está fabricado en aluminio.

El cuerpo del módulo está hecho de plástico resistente al calor y la lente está hecha de resina epoxi. Classic LED 10 W parece como se muestra en el diagrama, pero en la práctica las dimensiones generales varían según el fabricante.

No olvide que el LED es un elemento polar, así que preste atención a las marcas durante la instalación. Un requisito previo para el funcionamiento adecuado del LED de 10 W es la presencia de un disipador de calor

Puedes organizarlo usando un radiador de aluminio o cobre. Lubrique el sustrato LED con pasta termoconductora o adhesivo termofusible para una mejor disipación del calor. A veces, se monta adicionalmente un enfriador, que proporciona circulación de aire para enfriar las aletas del radiador.

En el vídeo podéis ver la prueba del LED de 10W y recomendaciones para conectar dicho elemento. Así es como debería verse el diagrama de conexión del LED de 10W.

La fuente de alimentación puede ser una batería de automóvil, una fuente de alimentación de computadora o una fuente de 12 voltios comprada especialmente. Para evitar el sobrecalentamiento (a pesar del disipador) y proteger el LED, es imperativo conectarlo no directamente a la fuente, sino a través de cualquier regulador de voltaje. El diagrama muestra el regulador de voltaje integrado LM-317, pero puede usar otro con parámetros adecuados. Con la ayuda de un rollo convencional y una resistencia, te proporcionarás 12 V garantizados en la salida y la corriente no superará 1 A, que es la clave para la durabilidad de tu dispositivo.

La combinación de una resistencia y un estabilizador se denomina controlador LED.

¿Por qué los diodos necesitan refrigeración?

A pesar de la alta salida de luz, los LED emiten luz por alrededor de un tercio de la energía consumida, y el resto se libera en forma de calor. Si el diodo se sobrecalienta, la estructura de su cristal se altera, comienza a degradarse, el flujo luminoso disminuye y el grado de calentamiento aumenta como una avalancha.

Causas del sobrecalentamiento del LED:

Demasiada corriente;
mala estabilización de la tensión de alimentación;
mal enfriamiento.

Las dos primeras razones se resuelven utilizando una fuente de alimentación de calidad para LED. Dichas fuentes a menudo se denominan controlador de LED. Su característica no está en la estabilización de voltaje, sino en la estabilización de la corriente de salida.

El hecho es que cuando se sobrecalienta, la resistencia del LED disminuye y la corriente que fluye a través de él aumenta. Si usa un estabilizador de voltaje como fuente de alimentación, el proceso resultará ser una avalancha: más calentamiento, más corriente y más corriente, esto es más calentamiento, y así sucesivamente en un círculo.

Al estabilizar la corriente, estabiliza parcialmente la temperatura del cristal. La tercera razón es la mala refrigeración de los LED. Consideremos esta pregunta con más detalle.