Hvordan beregne kjøleribben for en transistor

Gjennomførte beregninger

Avhengig av hvilke av de ovennevnte parameterne som vil bli gjenstand for detaljert undersøkelse, gjøres en passende beregning. For eksempel å bestemme den nødvendige kraften til en pumpe eller en gasskjele.

I tillegg er det veldig ofte nødvendig å beregne varmeenheter. I prosessen med denne beregningen er det også nødvendig å beregne varmetapene til bygningen. Dette skyldes det faktum at etter å ha gjort en beregning, for eksempel av det nødvendige antallet radiatorer, kan man lett gjøre en feil når du velger en pumpe. En lignende situasjon oppstår når pumpen ikke kan klare å levere den nødvendige mengden kjølevæske til alle radiatorer.

Formel for nøyaktig beregning

Det er en ganske komplisert formel som du kan bruke til å gjøre en nøyaktig beregning av kraften til en varmeradiator:

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

q1 - type glass: vanlig glass - 1,27; doble vinduer - 1; trippel - 0,85.

q2 - veggisolasjon: dårlig - 1,27; vegg i 2 murstein - 1; moderne - 0,85.

q3 - forholdet mellom arealene av vindusåpninger til gulvet: 40% - 1,2; 30% - 1,1; 20% - 0,9; 10 % - 0,8.

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

q5 - antall yttervegger: fire - 1,4; tre - 1,3; kantet (to) - 1,2; en er 1.1.

q6 - type rom plassert over det beregnede rommet: kaldt loft - 1; oppvarmet loft - 0,9; oppvarmet bolig - 0,8.

q7 - høyden på lokalene: 4,5m - 1,2; 4m - 1,15; 3,5 m - 1,1; 3m - 1,05; 2,5 m - 1,3.

La oss beregne varmeradiatorene etter område:

Et rom på 25 m 2 med to tofløyede vindusåpninger med trippelglass, 3 m høye, omsluttende strukturer av 2 murstein, et kaldt loft er plassert over rommet. Minimum 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 tallet er delt på 150 watt. Så for våre lokaler kreves det 16 seksjoner.

Designfunksjoner

Strukturelle radiatorer er delt inn i to grupper:

nål;
ribbet.

Den første typen brukes hovedsakelig til naturlig kjøling av lysdioder, den andre - for tvungen kjøling. Med like totale dimensjoner er en passiv nåleriator 70 prosent mer effektiv enn en ribbet.

Nåletype kjøleribber for høy effekt og smd LED

Men dette betyr ikke at lamellære (finnede) radiatorer bare er egnet for å jobbe sammen med en vifte. Avhengig av de geometriske dimensjonene kan de også brukes til passiv kjøling.

LED-lampe med ribbet kjøleribbe

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

Kjennetegn fra kineserne

En omsorgsfull selger plasserer en tabell med parameterne til LED-matriser på produktsiden. Hvis disse dataene ikke er angitt, anbefaler jeg ikke å kjøpe på dette stedet, det kan være stor variasjon i kvalitet.

I tabellen for 24*24mil kan du se at selgeren angir standardeffekten på 10W, 20W, 30W, 50W, 70W, 100W og antall installerte krystaller. Vær nøye med spenning og strøm. For 100W er antallet volt 30-32V, Ampere 2-2,1A.

Vi beregner kraften for 24 * 24mil:

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

Verdien på 60-65W er fortsatt for høy, siden 1 brikke per 0,5W, så er det egentlig 50W der, men de solgte det til oss som 100W. Krystaller er allerede de billigste og verste, så all overklokking er kontraindisert for dem.

Beregn for 24*44mil:

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

I følge tabellen fikk vi 90W, i virkeligheten er det 75W, de overvurderte det med 15W.

La oss beregne for 30*30mil:

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

Størrelsen på 30*30mil gir de lovede spesifikasjonene. De samme brikkene er plassert i vanlig høykvalitets enkeltull 1W med et strømforbruk på 10W, 20W, 30W, 50W, 70W, 100W

Gjør-det-selv kjøling

Det enkleste eksemplet på en radiator ville være en "sol" skåret ut av tinn eller aluminiumsplate. En slik radiator kan kjøle 1-3W med lysdioder.Ved å vri to slike ark sammen gjennom termisk pasta, kan du øke varmeoverføringsområdet.

Dette er en banal radiator laget av improviserte midler, den viser seg å være ganske tynn og kan ikke brukes til mer seriøse lamper.

Det vil være umulig å lage en radiator for en 10W LED med egne hender på denne måten. Derfor er det mulig å bruke en radiator fra datamaskinens sentralenhet for slike kraftige lyskilder.

Hvis du forlater kjøleren, vil aktiv kjøling av lysdiodene tillate deg å bruke kraftigere lysdioder. En slik løsning vil skape ekstra støy fra viften og kreve ekstra strøm, pluss periodisk vedlikehold av kjøleren.

Radiatorområdet for en 10W LED vil være ganske stort - ca 300cm2. En god løsning vil være å bruke ferdige aluminiumsprodukter. I en jernvare- eller jernvarehandel kan du kjøpe en aluminiumsprofil og bruke den til å kjøle ned høyeffekts-LED.

Etter å ha laget en montering av det nødvendige området fra slike profiler, kan du få god kjøling, ikke glem å belegge alle skjøtene med minst et tynt lag termisk pasta. Det er verdt å si at det er en spesiell profil for kjøling, som er industrielt produsert i en lang rekke typer.

Hvis du ikke har mulighet til å lage en gjør-det-selv LED-kjøleradiator, kan du lete etter passende gjenstander i gammelt elektronisk utstyr, selv i en datamaskin. Det er flere på hovedkortet. De er nødvendige for å kjøle ned brikkesett og strømbrytere for strømkretser. Et utmerket eksempel på en slik løsning er vist på bildet nedenfor. Arealet deres er vanligvis fra 20 til 60 cm2. Det lar deg avkjøle LED-en med en effekt på 1-3 watt.

Et annet interessant alternativ for å lage en radiator fra aluminiumsplater. Denne metoden lar deg få nesten alle nødvendige kjøleområder. Se på video:

10 W LED

I dag kom en kraftig ti-watts LED av Cree XM-L-H-modellen til oss for forskning og eksperimenter. Utformingen av LED-en er en standard "stjerne" i aluminium med lapper for lodding av ledninger og utskjæringer for å skru LED-enheten til radiatoren.

Naturligvis forstår du at designet til denne LED-en ikke er designet for å spre så stor kraft. Under forsøkene forårsaket allerede en halv watt en liten oppvarming av saken.

De tekniske parametrene til Cree XM-L-H LED er oppført på nettstedet.

Først av alt, la oss ta strømspenningskarakteristikken til den angitte LED-enheten og legge inn resultatene i tabellen.

LED spenning	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 hellingen til I–V-karakteristikken ganske stor, og et lite spenningsavvik innenfor 0,1V fører umiddelbart til en skarp endring i strømforbruket. Og gitt at driftsstrømmen når 3 ampere, elimineres bruken av en slukkemotstand for å stabilisere strømmen. Faktisk, for en normal strømforsyning av denne LED-en på 10 watt, la oss si fra et 12V bilbatteri, må du installere en 3 Ohm motstand med en effekt på 35 watt!

Så i dette tilfellet har bruken av en spesiell omformerdriver ikke noe alternativ. Dessuten er prisen innenfor 2-4.

Og la oss nå teste LED-en i en duell med en glødepære 220V 60W. Bildene nedenfor viser lysmuligheter med begge lyskildene.

Kun 10 watt LED

Kun 60 watt glødepære

Trekk dine egne konklusjoner. Selvfølgelig taper LED-en i fargetemperatur (tross alt 6000K), men når det gjelder lysstyrke per watt strømforbruk, overgikk den rivalen flere ganger.

En annen god funksjon er en veldig vid lysvinkel, nesten 170 grader. Tiden med lysdioder med linser har passert, nå er det ikke nødvendig med en reflektor for å oppnå normal belysning. Utformingen av lysgiveren til LED-enheten er slik at lyset sendes ut jevnt over hele halvkulen.

Det virker interessant å bruke denne 10-watts LED enten i en kraftig LED-lommelykt (som ble gjort), eller sammen med en LED-driver i et utbrent fluorescerende energisparende lampehus. Men ikke glem tilstrekkelig varmeavledning - dimensjonene til radiatoren må være minst 10 kvadratmeter. cm.

Jeg vil ikke snakke om prisen på LED, siden prisen på LED-enheter stadig synker. Sjekk nettbutikker. I de følgende artiklene vil vi gjennomføre interessante eksperimenter med den kraftigste LED-en på flere titalls watt! LED-forum

Bruksområde

Superlyse 10W LED-er er mye brukt i ulike belysningsapplikasjoner. Alle områder kan betinget deles inn i generelle og spesielle formål. Det generelle formålet omfatter drift av LED i lamper, lamper, spotlights, og det spesielle formålet er bruk til belysning i drivhus og akvarier. Det andre alternativet er de såkalte fytolampene og ikke bare. Trikset er at emisjonsspekteret til denne LED-en er optimalt for plantevekst, både på land og i vann. Og foruten alger og fisk, har belysning med 10 watt LED en positiv effekt på utviklingen av koraller, så akvarieelskere er hyppige forbrukere av denne radiokomponenten. Alle disse fantastiske egenskapene manifesteres i en viss kombinasjon av krystallfarger. Når det gjelder bruken av den beskrevne halvlederenheten for generelle belysningsenheter, i tillegg til husholdningslamper, er LED-en utmerket brukt til fremstilling av frontlykter for en bil, trafikklys og veibelysning.

For dekorformål brukes flerfargede 10-watts lysdioder i landskapsdesign, for å belyse bygninger, svømmebassenger og gateannonsering.

Standard valgmetode

Den brukes bare når høyden på rommet er mindre enn 3 m. Den implementeres som følger:

Bestem arealet av rommet. For eksempel er det 25 m².
Multipliser det resulterende tallet med 100 watt. Ifølge SNiP er dette tallet normen. Dokumentet sier at det skal genereres 100 watt for hver kvadratmeter. Det viser seg at varmekilden skal skape 2500 W eller 2,5 kW.
Den mottatte kraften deles på varmeoverføringen til en del av batteriet. Dette trinnet utføres når det er planlagt å installere en seksjonsradiator eller batteri. Som du vet, har støpejern, aluminium og bimetalliske varmeenheter en slik design. Hvis batteriet har en seksjon med en varmespredning på 150 W, må du kjøpe en enhet med 17 seksjoner (2500/150 = 16,6, kun rundet opp).

Med panelradiatorer er situasjonen noe annerledes. De er en struktur i ett stykke som ikke kan økes eller reduseres. Derfor blir deres fulle kraft tatt i betraktning. Men å installere en stor 2,5 kW kjøleribbe ville være litt feil. Dette er fordi det brukes en annen beregningsmetode for disse batteriene.

Noen funksjoner i standardmetoden

Men hvis rommet har et økt varmetap, må den totale effekten til varmeenhetene (i vårt tilfelle er tallet 2,5 kW) justeres.

Justeringen skal være slik:

En økning i det endelige tallet med 20% i tilfellet når rommet er et hjørne (det vil si at to vegger er eksterne).
Øk total effekt med 10 % ved bunntilkobling av radiatoren.
Reduser den totale varmemengden med 15-25% hvis det er installert metall-plastvinduer i rommet.

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

Materialer for produksjon

Radiatorer for kjøling av LED varierer i design og materiale.

Omgivelsesluft kan ikke ta mer enn 5-10 W fra en enkelt overflate

Når du velger et materiale for fremstilling av en radiator, bør følgende forhold tas i betraktning: dens termiske ledningsevne må være minst 5-10 W.Materialer med en mindre parameter vil ikke kunne overføre all varmen som luft kan ta.

For fremstilling av radiatorer brukes tradisjonelt aluminium, kobber eller keramikk. Nylig har det dukket opp produkter laget av varmeavledende plast.

Aluminium

Den største ulempen med en aluminiumsradiator er flerlagsdesignet. Dette fører uunngåelig til utseendet av forbigående termiske motstander, som må overvinnes ved å bruke ekstra varmeledende materialer:

selvklebende stoffer;
isolerende plater;
materialer som fyller luftspalter osv.

Aluminium kjøleribber for 1W LED

Kobber

Kobber har en høyere termisk ledningsevne enn aluminium, så i noen tilfeller er bruken til fremstilling av radiatorer berettiget. Generelt er dette materialet dårligere enn aluminium når det gjelder letthet i konstruksjon og produksjonsevne (kobber er et mindre bøyelig metall).

Det er umulig å produsere en kobberradiator ved å trykke på - den mest økonomiske - metoden. Og kutting gir en stor prosentandel av avfall av dyrt materiale.

Hvordan beregne radiatoren for en transistor

Kobber radiatorer

Keramikk

Et av de mest vellykkede alternativene for en kjøleribbe er et keramisk underlag, hvor strømførende spor er forhåndspåført. LED er loddet direkte til dem. Denne designen lar deg fjerne dobbelt så mye varme sammenlignet med metallradiatorer.

Pære med keramisk kjøleribbe

Varmeavledende plast

I økende grad kommer det informasjon om utsiktene for å erstatte metall og keramikk med termisk dissiperende plast. Interessen for dette materialet er forståelig: plast koster mye mindre enn aluminium, og dets produksjonsevne er mye høyere. Imidlertid overstiger ikke den termiske ledningsevnen til vanlig plast 0,1-0,2 W / m.K. Det er mulig å oppnå akseptabel termisk ledningsevne for plast ved bruk av forskjellige fyllstoffer.

Ved utskifting av en aluminiumradiator med en plastikk (av samme størrelse), øker temperaturen i temperaturtilførselssonen med bare 4-5%. Gitt at varmeledningsevnen til varmeavledende plast er mye mindre enn aluminium (8 W/m.K mot 220-180 W/m.K), kan vi konkludere med at plastmaterialet er ganske konkurransedyktig.

Pære med termoplastisk kjøleribbe

Radiatorarealberegning

Helt i begynnelsen må du finne ut hvor mye grunning og maling du må bruke for å male batteriet. Dette kan bli funnet ved å beregne arealet til varmeradiatoren. Se deretter på anbefalingene som er angitt på malingsboksen. De indikerer alltid hvor mye maling som kan gå per 1 kvm. m. Det er umulig å uavhengig måle området til batteriet. Dette trenger ikke å gjøres, fordi produsenter angir oppvarmingsoverflatearealet til seksjonen. Siden hver kvadratcentimeter av seksjonen er oppvarmet, er dette området og arealet av hele overflaten av seksjonen.

Den ene kanten av MS-140-500-batteriet har et areal på 0,244 kvm. m. Modifikasjonen av denne modellen med en senteravstand på 300 mm har seksjoner med et areal på 0,208 kvadratmeter. m.

For å bestemme det totale overflatearealet til et støpejernsbatteri, må du:

Finn ut modellnavnet på det installerte batteriet og fortrinnsvis produsenten (dette er fordi seksjonene produsert av produsenter av de samme modellene har forskjellige dybder og bredder).
Still inn varmeområde 1 fin .
Multipliser antall seksjoner med området. Hvis det er 10 finner i MS-140-500 radiatoren, vil overflaten være 2,44 kvm. m.

Etter å ha gjort beregningen, bestem mengden sammensetning og primer, kjøp dem og mal. Maling bør tas med margin, fordi alle legger på et lag med forskjellig tykkelse.

Metoder for beregning av radiatorer

Så det er verdt å starte med beregningen av batterier. Minimumskravet kan avhenge av flere parametere samtidig:

Ordning for installasjon av varmeradiatorer.

område av lokalene;
takhøyde;
veggmateriale, tilstedeværelsen av hull, antall vinduer, det vil si fra varmetapet til huset.

Den enkleste beregningen, som ikke tar hensyn til mange av faktorene ovenfor, kan betraktes som den som utføres i henhold til følgende formel:

K er det nødvendige antallet batteriseksjoner;
P er det totale arealet av de oppvarmede lokalene som valget gjøres for;
M1 er kraften til en seksjon.

I formelen multipliseres forskjellen med 100. Dette tallet ble ikke tatt ved en tilfeldighet. Langsiktig praksis har vist at minimumseffekten som kreves for én arealenhet (1 kvm) av et oppvarmet rom for å opprettholde normale temperaturforhold i det er ca. 100 watt.

Det er verdt å merke seg at for yrkesbygg, men med behov for oppvarming, kan dette tallet ha en verdi på 50 watt.

For å utføre valget i henhold til formelen mangler en konstant - varmeeffekten til en seksjon. Det kan selvfølgelig også beregnes, men det er ganske komplisert og tidkrevende.

Siden alle varmebatterier i støpejern er omtrent like store, ble det tatt en gjennomsnittlig effektverdi på ca. 150 watt over mange års praksis.

Nå, med alle dataene, kan du velge ønsket antall radiatorseksjoner.

Dette er imidlertid bare den enkleste formelen. Siden hvert rom individuelt har sine egne varmetapsindikatorer, legges vanligvis ytterligere koeffisienter til formelen. For eksempel, hvis rommet har to yttervegger, det vil si at det er kantet, legges en faktor på 1,2 inn.

Deretter vil formelen ha formen:

La rommet ha et areal på 9 kvadratmeter og være plassert i midten av huset, men med to yttervegger. Det er nødvendig å utføre valget av varmeelementer for dette rommet.

Så K \u003d (9/150) * 100 * 1.2 \u003d 7.2, det vil si 8 seksjoner.

Det er verdt å merke seg at denne beregningen kun er gyldig for tak ikke høyere enn 2,7 meter. Det skal også sies at det er mer riktig å beregne ut fra volumet i rommet.

Omtrent samme prinsipp er basert på den andre omtrentlige beregningen. Det har lenge vært beregnet at en del av batteriet er i stand til å varme opp omtrent 1,8 kvadratmeter. m gulvareal. Dessuten gjelder dette tallet bare for tak som ikke overstiger 2,7 m i høyden.

Produsenter

Lederne innen produksjon av høyeffekts LED-er, som LED 10 W, er spredt i tre deler av verden.Blant dem er det amerikanske selskapet Cree (som vi allerede har nevnt og demonstrert et utvalg av sine produkter), det japanske Nichia (en pioner innen LED-teknologi), samt den tyske Osram (mer kjent for den innenlandske kjøperen).

Merkede LED-produkter er dyrere enn noname-kollegene, men ingen garanterer kvalitet i det andre tilfellet.

Vurder hvilke funksjoner du vil møte når du bestemmer deg for å kjøpe kinesiske billige 10-watts LED-er. For det første, hvis du sammenligner nøye, er 9 matrisekrystaller i seg selv mindre enn de til høykvalitetsmoduler. Dette vil selvfølgelig påvirke lyseffekten under arbeidet deres. For det andre, den sterke ujevnheten i gløden til hver krystall. Dette er imidlertid merkbart bare ved redusert strøm, men ikke desto mindre påvirker denne funksjonen nedbrytningshastigheten til hele LED-modulen.

10 watt fakes fra Kina

På bildet kan du se den ujevne gløden til de enkelte krystallene i modulen, og hvordan den jevner seg ut med en økning i strøm

For det tredje, i lysdioder av lav kvalitet, er lederne som forbinder krystallene veldig tynne og kan gå i stykker på grunn av uforsiktig bevegelse, noe som vil avbryte funksjonen til minst en trippel av påfølgende krystaller.

Ved å oppsummere det ovenstående vil jeg trekke frem tesene i artikkelen som er viktige for memorering. 10 W LED som lysemitterende kilder er mye brukt i praksis for produksjon av billamper, lommelykter, spotlights og andre belysningsenheter.

Radiatorkjøling er avgjørende for normal drift av LED. Strøm leveres fra en 12V-kilde gjennom en driver (spenningsstabilisator)

Et kjent merke garanterer uavbrutt drift i hele den deklarerte perioden, og det kan oppstå problemer med kinesiske billige motparter.

LED-design, alternativer

COB 10 W LED er en kompakt chip-on-board modul. Den grunnleggende forskjellen fra SMD er at flere krystaller er plassert sammen på et brett og dekket med et felles lag av fosfor. Dette reduserer kostnadene for matrisen betydelig. Den består av 9 krystaller: tre parallelle kjeder med tre krystaller koblet i serie i hver. Eksternt kan LED 10 W avvike i formen på det ledende underlaget. For eksempel ser en Cree LED ut som den som er vist på figuren. Substratet har form som en stjerne og er laget av aluminium.

Kroppen til modulen er laget av varmebestandig plast, og linsen er laget av epoksyharpiks. Klassisk LED 10 W ser ut som den er vist i diagrammet, men i praksis varierer de totale dimensjonene avhengig av produsent.

Ikke glem at LED-en er et polart element, så vær oppmerksom på merkingene under installasjonen. En forutsetning for tilstrekkelig funksjon av 10 W LED er tilstedeværelsen av en kjøleribbe

Du kan organisere den ved hjelp av en aluminiums- eller kobberradiator. Smør LED-substratet med termisk ledende pasta eller smeltelim for bedre varmeavledning. Noen ganger er det i tillegg montert en kjøler som sørger for luftsirkulasjon for å avkjøle radiatorfinnene.

I videoen kan du se testen av 10W LED og anbefalinger for tilkobling av et slikt element. Slik skal 10W LED-koblingsskjemaet se ut.

Strømkilden kan være et bilbatteri, en datamaskinstrømforsyning eller en spesialkjøpt 12-voltskilde. For å unngå overoppheting (til tross for kjøleribben) og beskytte LED-en, er det viktig å koble den ikke direkte til kilden, men gjennom en hvilken som helst spenningsregulator. Diagrammet viser den integrerte spenningsregulatoren LM-317, men du kan bruke en annen med passende parametere. Ved hjelp av en konvensjonell rull og en motstand vil du gi deg garantert 12 V ved utgangen og strømmen vil ikke overstige 1 A, som er nøkkelen til enhetens holdbarhet.

Kombinasjonen av en motstand og en stabilisator kalles en LED-driver.

Hvorfor dioder trenger kjøling

Til tross for den høye lyseffekten, sender LED ut lys for omtrent en tredjedel av strømmen som forbrukes, og resten frigjøres til varme. Hvis dioden overopphetes, blir strukturen til krystallen forstyrret, begynner å degraderes, lysstrømmen avtar, og oppvarmingsgraden øker som et snøskred.

Årsaker til LED-overoppheting:

For mye strøm;
dårlig stabilisering av forsyningsspenningen;
dårlig kjøling.

De to første årsakene løses ved å bruke en kvalitetsstrømforsyning for LED. Slike kilder omtales ofte som en LED-driver. Deres funksjon er ikke i spenningsstabilisering, men i stabilisering av utgangsstrømmen.

Faktum er at ved overoppheting avtar motstanden til LED-en og strømmen som strømmer gjennom den øker. Hvis du bruker en spenningsstabilisator som strømforsyning, vil prosessen vise seg å være et snøskred: mer oppvarming - mer strøm og mer strøm - dette er mer oppvarming, og så videre i en sirkel.

Ved å stabilisere strømmen stabiliserer du delvis temperaturen på krystallen. Den tredje grunnen er dårlig kjøling for LED. La oss vurdere dette spørsmålet mer detaljert.