Como calcular o radiador para um transistor

Cálculos realizados

Dependendo de qual dos parâmetros acima será objeto de estudo detalhado, um cálculo apropriado é feito. Por exemplo, determinar a potência necessária de uma bomba ou caldeira a gás.

Além disso, muitas vezes é necessário calcular os dispositivos de aquecimento. No processo deste cálculo, também é necessário calcular as perdas de calor do edifício. Isso se deve ao fato de que, tendo feito um cálculo, por exemplo, do número necessário de radiadores, pode-se facilmente cometer um erro ao escolher uma bomba. Uma situação semelhante ocorre quando a bomba não consegue fornecer a quantidade necessária de refrigerante para todos os radiadores.

Fórmula para cálculo preciso

Existe uma fórmula bastante complicada pela qual você pode fazer um cálculo preciso da potência de um radiador de aquecimento:

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

q1 - tipo de vidro: vidro comum - 1,27; vidros duplos - 1; triplo - 0,85.

q2 - isolamento da parede: ruim - 1,27; parede em 2 tijolos - 1; moderno - 0,85.

q3 - a relação das áreas das aberturas das janelas para o piso: 40% - 1,2; 30% - 1,1; 20% - 0,9; 10% - 0,8.

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

q5 - número de paredes externas: quatro - 1,4; três - 1,3; angular (dois) - 1,2; um é 1,1.

q6 - tipo de quarto localizado acima do calculado: sótão frio - 1; sótão aquecido - 0,9; residencial aquecido - 0,8.

q7 - a altura das instalações: 4,5m - 1,2; 4m - 1,15; 3,5m - 1,1; 3m - 1,05; 2,5m - 1,3.

Vamos calcular os radiadores de aquecimento por área:

Uma sala de 25 m 2 com duas aberturas de janela de folha dupla com vidros triplos, 3 m de altura, estruturas de fechamento de 2 tijolos, um sótão frio está localizado acima da sala. A temperatura mínima do ar no inverno é de +20°C.

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

O resultado é 2356,20 watts. Este número é dividido por 150 watts. Assim, para as nossas instalações, são necessárias 16 secções.

Características de design

Os radiadores estruturais são divididos em dois grupos:

agulha;
com nervuras.

O primeiro tipo é usado principalmente para resfriamento natural de LEDs, o segundo - para resfriamento forçado. Com dimensões gerais iguais, um radiador de agulha passivo é 70% mais eficiente do que um com nervuras.

Dissipadores tipo agulha para LEDs de alta potência e smd

Mas isso não significa que os radiadores lamelares (com aletas) sejam adequados apenas para trabalhar em conjunto com um ventilador. Dependendo das dimensões geométricas, eles também podem ser usados para resfriamento passivo.

Lâmpada LED com dissipador de calor com nervuras

Ambos os tipos de radiadores podem ser quadrados, retangulares ou redondos em seção transversal.

Características dos chineses

Um vendedor atencioso coloca uma tabela com os parâmetros das matrizes de LED na página do produto. Se esses dados não forem indicados, então não aconselho comprar neste local, pode haver uma grande variação na qualidade.

Na tabela para 24*24mil, você pode ver que o vendedor indica a potência padrão de 10W, 20W, 30W, 50W, 70W, 100W e o número de cristais instalados. Preste muita atenção à tensão e à corrente. Para 100W, o número de volts é 30-32V, Ampere 2-2.1A.

Calculamos a potência para 24 * 24mil:

mínimo 30V*2A = 60W;
máximo 32 V * 2,1 A = 67,2 W;
ou seja, em vez dos 100W prometidos, serão 60-65W.

O valor de 60-65W ainda é muito alto, já que 1 chip por 0,5W, então é realmente 50W lá, mas eles nos venderam como 100W. Os cristais já são os mais baratos e os piores, então qualquer overclock é contraindicado para eles.

Calcular para 24*44mil:

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

De acordo com a tabela, conseguimos 90W, na realidade são 75W, eles superestimaram em 15W.

Vamos calcular para 30*30mil:

mínimo 32 V * 2,8 A = 89,6 W
máximo 34V * 3,5A = 119W
média 105W

O tamanho 30*30mil fornece as especificações prometidas. Os mesmos chips são colocados em lã comum de alta qualidade de 1W com um consumo de energia de 10W, 20W, 30W, 50W, 70W, 100W

Refrigeração faça você mesmo

O exemplo mais simples de um radiador seria um "sol" esculpido em estanho ou folha de alumínio. Esse radiador pode resfriar 1-3W de LEDs.Ao torcer duas dessas folhas com pasta térmica, você pode aumentar a área de transferência de calor.

Este é um radiador banal feito de meios improvisados, é bastante fino e não pode ser usado para lâmpadas mais sérias.

Será impossível fazer um radiador para um LED de 10W com suas próprias mãos dessa maneira. Portanto, é possível usar um radiador da unidade central de processamento do computador para fontes de luz tão poderosas.

Se você deixar o cooler, o resfriamento ativo dos LEDs permitirá que você use LEDs mais potentes. Essa solução criará ruído adicional do ventilador e exigirá energia adicional, além de manutenção periódica do cooler.

A área do radiador para um LED de 10W será bastante grande - cerca de 300cm2. Uma boa solução seria usar produtos acabados de alumínio. Em uma loja de ferragens ou ferragens, você pode comprar um perfil de alumínio e usá-lo para resfriar LEDs de alta potência.

Tendo feito uma montagem da área necessária de tais perfis, você pode obter um bom resfriamento, não se esqueça de revestir todas as juntas com pelo menos uma fina camada de pasta térmica. Vale dizer que existe um perfil especial para resfriamento, que é produzido industrialmente em uma ampla variedade de tipos.

Se você não tiver a oportunidade de fazer um radiador de resfriamento de LED faça você mesmo, poderá procurar itens adequados em equipamentos eletrônicos antigos, até mesmo em um computador. Existem vários na placa-mãe. Eles são necessários para resfriar chipsets e interruptores de energia para circuitos de energia. Um excelente exemplo de tal solução é mostrado na foto abaixo. Sua área é geralmente de 20 a 60 cm2. Isso permite resfriar o LED com uma potência de 1-3 watts.

Outra opção interessante para fazer um radiador de chapas de alumínio. Este método permitirá que você ganhe quase qualquer área de resfriamento necessária. Assista vídeo:

LED de 10 W

Hoje, um poderoso LED de dez watts do modelo Cree XM-L-H veio até nós para pesquisa e experimentos. O design do LED é uma "estrela" de alumínio padrão com remendos para fios de solda e recortes para aparafusar o dispositivo de LED ao radiador.

Naturalmente, você entende que o design deste LED não foi projetado para dissipar uma potência tão grande. Durante os experimentos, já meio watt causou um leve aquecimento do gabinete.

Os parâmetros técnicos do LED Cree XM-L-H estão listados no site.

Em primeiro lugar, vamos pegar a característica de tensão-corrente do dispositivo LED indicado e inserir os resultados na tabela.

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

Como você pode ver, a inclinação da característica I-V é bastante grande e um pequeno desvio de tensão dentro de 0,1 V leva imediatamente a uma mudança acentuada no consumo de corrente. E dado que a corrente de operação atinge 3 amperes, o uso de um resistor de têmpera para estabilizar a corrente é eliminado. De fato, para uma fonte de alimentação normal deste LED de 10 watts, digamos de uma bateria de carro de 12V, você teria que instalar um resistor de 3 Ohm com uma potência de 35 watts!

Portanto, neste caso, o uso de um driver de conversão especial não tem alternativa. Além disso, seu preço está dentro de 2-4.

E agora vamos testar o LED em duelo com uma lâmpada incandescente 220V 60W. As fotos abaixo mostram as opções de iluminação com ambas as fontes de luz.

LED de 10 watts apenas

Apenas lâmpada incandescente de 60 watts

Tire suas próprias conclusões. Claro, o LED perde em temperatura de cor (afinal, 6000K), mas em termos de brilho por watt de consumo de energia, superou seu rival em várias vezes.

Outra boa característica é um ângulo de luz muito amplo, quase 170 graus. A era dos LEDs com lentes passou, agora nem mesmo um refletor é necessário para obter uma iluminação normal. O design do emissor de luz do dispositivo LED é tal que a luz é emitida uniformemente em todo o hemisfério.

Parece interessante usar este LED de 10 watts em uma poderosa lanterna de LED (o que foi feito), ou junto com um driver de LED no corpo de uma lâmpada fluorescente de baixo consumo. Mas não se esqueça da dissipação de calor suficiente - as dimensões do radiador devem ser de pelo menos 10 metros quadrados. cm.

Não vou falar sobre o preço do LED, pois o custo dos dispositivos LED está diminuindo constantemente. Verifique as lojas online. Nos artigos a seguir, realizaremos experimentos interessantes com o LED mais potente de várias dezenas de watts!

Area de aplicação

Os LEDs super brilhantes de 10W são amplamente utilizados em várias aplicações de iluminação. Todas as áreas podem ser condicionalmente divididas em propósitos gerais e especiais. A finalidade geral inclui a operação de LEDs em lâmpadas, lâmpadas, holofotes, e a finalidade especial é o uso para iluminação em estufas e aquários. A segunda opção são os chamados fitolâmpadas e não só. O truque é que o espectro de emissão deste LED é ideal para o crescimento das plantas, tanto na terra quanto na água. E além de algas e peixes, a iluminação com LEDs de 10 watts tem um efeito positivo no desenvolvimento dos corais, por isso os amantes de aquários são consumidores frequentes deste componente de rádio. Todas essas propriedades maravilhosas se manifestam em uma certa combinação de cores de cristal. Quanto ao uso do dispositivo semicondutor descrito para dispositivos de iluminação de uso geral, além de lâmpadas domésticas, o LED é excelentemente usado para a fabricação de faróis para carros, semáforos e iluminação rodoviária.

Para fins de decoração, LEDs multicoloridos de 10 watts são usados em paisagismo, para iluminar edifícios, piscinas e publicidade de rua.

Método de seleção padrão

É usado apenas quando a altura da sala é inferior a 3 m. É implementado da seguinte forma:

Determine a área da sala. Por exemplo, é de 25 m².
Multiplique o valor resultante por 100 watts. De acordo com o SNiP, esse número é a norma. O documento diz que devem ser gerados 100 watts para cada metro quadrado. Acontece que a fonte de calor deve criar 2.500 W ou 2,5 kW.
A potência recebida é dividida pela transferência de calor de uma seção da bateria. Esta etapa é realizada quando se planeja instalar um radiador seccional ou bateria. Como você sabe, os dispositivos de aquecimento de ferro fundido, alumínio e bimetálicos têm esse design. Se a bateria tiver uma seção com dissipação de calor de 150 W, você precisará comprar um dispositivo com 17 seções (2500/150 = 16,6, apenas arredondado).

Com radiadores de painel, a situação é um pouco diferente. Eles são uma estrutura de peça única que não pode ser aumentada ou diminuída. Portanto, seu poder total é levado em consideração. No entanto, instalar um grande dissipador de calor de 2,5 kW seria um passo em falso. Isso ocorre porque um método de cálculo diferente é usado para essas baterias.

Algumas características do método padrão

No entanto, se a sala tiver uma perda de calor aumentada, a potência total dos dispositivos de aquecimento (no nosso caso, o valor é de 2,5 kW) deve ser ajustada.

O ajuste deve ficar assim:

Um aumento no valor final de 20% no caso em que a sala é de canto (ou seja, duas paredes são externas).
Aumento da potência total em 10% no caso de ligação inferior do radiador.
Reduzindo a quantidade total de calor em 15-25% se as janelas de metal-plástico forem instaladas na sala.

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

Materiais para fabricação

Os radiadores para LEDs de refrigeração variam em design e material.

O ar ambiente não pode consumir mais de 5-10 W de uma única superfície

Ao escolher um material para a fabricação de um radiador, deve-se levar em consideração a seguinte condição: sua condutividade térmica deve ser de pelo menos 5-10 W.Materiais com um parâmetro menor não serão capazes de transferir todo o calor que o ar pode suportar.

Para a fabricação de radiadores, alumínio, cobre ou cerâmica são tradicionalmente usados. Recentemente, surgiram produtos feitos de plásticos dissipadores de calor.

Alumínio

A principal desvantagem de um radiador de alumínio é o design multicamada. Isso inevitavelmente leva ao aparecimento de resistências térmicas transitórias, que devem ser superadas usando materiais condutores de calor adicionais:

substâncias adesivas;
placas isolantes;
materiais que preenchem as lacunas de ar, etc.

Dissipadores de calor de alumínio para LEDs de 1W

Cobre

O cobre tem uma condutividade térmica superior ao alumínio, pelo que em alguns casos justifica-se a sua utilização para o fabrico de radiadores. Em geral, este material é inferior ao alumínio em termos de leveza de construção e fabricação (o cobre é um metal menos maleável).

É impossível fabricar um radiador de cobre pressionando - o método mais econômico. E o corte dá uma grande porcentagem de desperdício de material caro.

Como calcular o dissipador de calor para um transistor

Radiadores de cobre

Cerâmica

Uma das opções mais bem-sucedidas para um dissipador de calor é um substrato cerâmico, no qual são pré-aplicados traços de condução de corrente. Os LEDs são soldados diretamente a eles. Este design permite remover o dobro do calor em comparação com os radiadores de metal.

Lâmpada com dissipador de cerâmica

Plásticos dissipadores de calor

Cada vez mais, há informações sobre as perspectivas de substituição de metal e cerâmica por plástico de dissipação térmica. O interesse neste material é compreensível: o plástico custa muito menos que o alumínio e sua fabricação é muito maior. No entanto, a condutividade térmica do plástico comum não excede 0,1-0,2 W / m.K. É possível obter uma condutividade térmica aceitável de plásticos através do uso de vários enchimentos.

Ao substituir um radiador de alumínio por um de plástico (de tamanho igual), a temperatura na zona de fornecimento de temperatura aumenta apenas 4-5%. Dado que a condutividade térmica do plástico dissipador de calor é muito menor que a do alumínio (8 W/m.K versus 220-180 W/m.K), podemos concluir que o material plástico é bastante competitivo.

Lâmpada com dissipador de calor termoplástico

Cálculo da área do radiador

No início, você precisa descobrir quanto primer e tinta você precisa usar para pintar a bateria. Isso pode ser encontrado calculando a área do radiador de aquecimento. Em seguida, observe as recomendações indicadas na lata de tinta. Eles sempre indicam quanta tinta pode ir por 1 sq. m. É impossível medir independentemente a área da bateria. Isso não precisa ser feito, porque os fabricantes indicam a área de superfície de aquecimento da seção. Como cada centímetro quadrado da seção é aquecido, essa área e a área de toda a superfície da seção.

Uma borda da bateria MS-140-500 tem uma área de 0,244 sq. m. A modificação deste modelo com uma distância central de 300 mm possui seções com área de 0,208 metros quadrados. m.

Para determinar a área total da superfície de uma bateria de ferro fundido, você deve:

Descubra o nome do modelo da bateria instalada e de preferência o fabricante (isso ocorre porque as seções produzidas por fabricantes dos mesmos modelos têm profundidades e larguras diferentes).
Definir área de aquecimento 1 fin .
Multiplique o número de seções pela área. Se houver 10 aletas no radiador MS-140-500, a área da superfície será de 2,44 sq. m.

Feito o cálculo, determine a quantidade de composição e primer, compre-os e pinte. A tinta deve ser tirada com margem, pois cada um aplica uma camada com uma espessura diferente.

Métodos para calcular radiadores

Portanto, vale a pena começar pelo cálculo das baterias. O número mínimo necessário pode depender de vários parâmetros ao mesmo tempo:

Esquema de instalação de radiadores de aquecimento.

área das instalações;
altura do teto;
material da parede, a presença de furos, o número de janelas, ou seja, a perda de calor da casa.

O cálculo mais simples, que não leva em consideração muitos dos fatores acima, pode ser considerado aquele que é realizado de acordo com a seguinte fórmula:

K é o número necessário de seções de bateria;
P é a área total das instalações aquecidas para as quais a seleção está sendo feita;
M1 é a potência de uma seção.

Na fórmula, a diferença é multiplicada por 100. Esse valor não foi tomado por acaso. A prática de longo prazo mostrou que a potência mínima necessária para uma unidade de área (1 m²) de uma sala aquecida para manter as condições normais de temperatura é de cerca de 100 watts.

Vale a pena notar que, para edifícios não residenciais, mas que precisam de aquecimento, esse valor pode chegar a 50 watts.

Para realizar a seleção de acordo com a fórmula, falta uma constante - a potência de aquecimento de uma seção. Claro, também pode ser calculado, mas é bastante complicado e demorado.

Como todas as baterias de aquecimento de ferro fundido são aproximadamente do mesmo tamanho, um valor médio de potência de cerca de 150 watts foi obtido ao longo de muitos anos de prática.

Agora, tendo todos os dados, você pode escolher o número necessário de seções do radiador.

No entanto, esta é apenas a fórmula mais simples. Como cada sala individualmente possui seus próprios indicadores de perda de calor, coeficientes adicionais geralmente são adicionados à fórmula. Por exemplo, se a sala tiver duas paredes externas, ou seja, for angular, será inserido um fator de 1,2.

Então a fórmula terá a forma:

Deixe a sala ter uma área de 9 metros quadrados e esteja localizada no centro da casa, mas com duas paredes externas. É necessário realizar a seleção de elementos de aquecimento para esta sala.

Portanto, K \u003d (9/150) * 100 * 1,2 \u003d 7,2, ou seja, 8 seções.

Vale ressaltar que este cálculo só é válido para tetos não superiores a 2,7 metros. Também deve ser dito que é mais correto calcular com base no volume da sala.

Aproximadamente o mesmo princípio é baseado no segundo cálculo aproximado. Há muito se calcula que uma seção da bateria é capaz de aquecer aproximadamente 1,8 metros quadrados. m de área útil. Além disso, este valor é válido apenas para tetos que não excedam 2,7 m de altura.

Fabricantes

Os líderes na produção de LEDs de alta potência, como o LED 10 W, estão espalhados em três partes do mundo, entre eles a empresa americana Cree (que já mencionamos e demonstramos uma amostra de seus produtos), a japonesa Nichia (pioneira no campo da tecnologia LED), bem como a alemã Osram (mais conhecida pelo comprador nacional).

Os produtos LED de marca são mais caros do que os produtos sem nome, mas ninguém garante a qualidade no segundo caso.

Considere quais recursos você encontrará ao decidir comprar LEDs chineses de 10 watts baratos. Primeiro, se você comparar cuidadosamente, os próprios 9 cristais da matriz são menores que os dos módulos de alta qualidade. Isso, é claro, afetará a saída de luz durante o trabalho. Em segundo lugar, a forte irregularidade do brilho de cada cristal. Isso é perceptível, no entanto, apenas em uma corrente reduzida, mas, no entanto, esse recurso afeta a taxa de degradação de todo o módulo de LED.

falsificações de 10 watts da China

Na imagem, você pode ver o brilho irregular dos cristais individuais do módulo e como ele se nivela com um aumento na corrente

Em terceiro lugar, em LEDs de baixa qualidade, os condutores que conectam os cristais são muito finos e podem quebrar devido ao movimento descuidado, o que interromperá o funcionamento de pelo menos um triplo de cristais consecutivos.

Resumindo o exposto, gostaria de destacar as teses do artigo que são importantes para a memorização. LEDs de 10 W como fontes emissoras de luz são amplamente utilizados na prática para a fabricação de lâmpadas de automóveis, lanternas, holofotes e outros dispositivos de iluminação.

O resfriamento do radiador é fundamental para a operação normal do LED. A alimentação é fornecida a partir de uma fonte de 12V através de um driver (estabilizador de tensão)

Uma marca conhecida garante operação ininterrupta durante todo o período declarado, e podem surgir problemas com contrapartes chinesas baratas.

Projeto de LED, opções

O LED COB 10 W é um módulo chip-on-board compacto. A diferença fundamental do SMD é que vários cristais são colocados juntos em uma placa e cobertos com uma camada comum de fósforo. Isso reduz significativamente o custo da matriz. Consiste em 9 cristais: três cadeias paralelas com três cristais conectados em série em cada um. Externamente, o LED 10 W pode diferir na forma do substrato condutor. Por exemplo, um LED Cree se parece com o mostrado na figura. Seu substrato tem o formato de uma estrela e é feito de alumínio.

O corpo do módulo é feito de plástico resistente ao calor e a lente é feita de resina epóxi. Classic LED 10 W parece que é mostrado no diagrama, mas na prática as dimensões gerais variam de acordo com o fabricante.

Não se esqueça que o LED é um elemento polar, portanto preste atenção nas marcações durante a instalação. Um pré-requisito para o funcionamento adequado do LED de 10 W é a presença de um dissipador de calor

Você pode organizá-lo usando um radiador de alumínio ou cobre. Lubrifique o substrato do LED com pasta termicamente condutora ou adesivo hot melt para melhor dissipação de calor. Às vezes, um resfriador é montado adicionalmente, o que fornece circulação de ar para resfriar as aletas do radiador.

No vídeo você pode ver o teste do LED de 10W e recomendações para conectar tal elemento. Veja como deve ser o diagrama de conexão do LED de 10 W.

A fonte de alimentação pode ser uma bateria de carro, uma fonte de alimentação de computador ou uma fonte de 12 volts especialmente comprada. Para evitar o superaquecimento (apesar do dissipador) e proteger o LED, é imprescindível conectá-lo não diretamente à fonte, mas através de qualquer regulador de tensão. O diagrama mostra o regulador de tensão integrado LM-317, mas você pode usar outro com parâmetros adequados. Com a ajuda de um rolo convencional e um resistor, você fornecerá 12 V garantidos na saída e a corrente não excederá 1 A, que é a chave para a durabilidade do seu dispositivo.

A combinação de um resistor e um estabilizador é chamada de driver de LED.

Por que os diodos precisam de resfriamento

Apesar da alta emissão de luz, os LEDs emitem luz por cerca de um terço da energia consumida, e o restante é liberado no calor. Se o diodo superaquecer, a estrutura de seu cristal é perturbada, começa a se degradar, o fluxo luminoso diminui e o grau de aquecimento aumenta como uma avalanche.

Causas do superaquecimento do LED:

Muita corrente;
má estabilização da tensão de alimentação;
resfriamento ruim.

As duas primeiras razões são resolvidas usando uma fonte de alimentação de qualidade para LEDs. Tais fontes são muitas vezes referidas como um driver de LED. Sua característica não está na estabilização de tensão, mas na estabilização da corrente de saída.

O fato é que quando o LED está superaquecido, a resistência do LED diminui e a corrente que passa por ele aumenta. Se você usar um estabilizador de tensão como fonte de alimentação, o processo será uma avalanche: mais aquecimento - mais corrente e mais corrente - isso é mais aquecimento e assim por diante em um círculo.

Ao estabilizar a corrente, você estabiliza parcialmente a temperatura do cristal. A terceira razão é a má refrigeração dos LEDs. Vamos considerar essa questão com mais detalhes.