Modelado transferencia de calor de la energía LED de a barra de metal

Question

Estoy jugando con la iluminación en el lugar de trabajo y han desarrollado un 20 V –> 38 V PWM'able fuente de corriente constante a la unidad de mi LEDs de potencia (potencia máxima de alrededor de 64 W). Tan lejos, tan bueno. Sin embargo, he casi térmicamente mató a un LED mediante la fijación de una manera significativa de talla inferior del disipador de calor ("por suerte", el alambre de contactos unsoldered sí mismos en el tiempo, detener el proceso).

Ahora, estoy pensando en las opciones de refrigeración. El deseo de evitar el enfriamiento activo (es decir, el zumbido de un ventilador), yo estaba considerando la "pereza" camino de salida (dimensión lejos de final, no tengo un disipador de calor del candidato aún):

Me gustaría montar el 19 x 19 mm LED directamente sobre una barra de aluminio o de perfil. Ahora, ya estoy jugando con la simulación térmica de software, pero que parece más de la parte superior (y hasta ahora, la mayoría de accidentes, además de que tiene un montón de teoría de ponerse al día). Así:

• Hay una conocida modelo analítico para la distribución de calor cuando se conecta a un constante la potencia de la fuente de calor a una pieza de metal?
  • si no, hay un ir-a software de simulación? Hasta el momento, estoy jugando con Elmer.
• Es la simulación de que el camino a seguir aquí, en absoluto, o de refrigeración pasiva condenados por la 60W Led?

De datos (a partir de LED hoja de datos):

• La Unión-Caso De Resistencia Térmica 0.8 K/W
• 19x19 mm
• max potencia nominal 64.2 W
• potencia continua estoy planeando utilizar: 36.6 V · 0.72 Un = 26.352 W

Answer 1

Si mi interpretación es correcta, desea estimar la resistencia térmica de un disipador de calor o un trozo de material conductor térmico a la temperatura ambiente, sin ningún tipo de flujo de aire (= convección natural).

Hay una bonita calculadora en línea para aletas rectangulares disipadores de calor que implementa la convección natural el modelo de los disipadores de calor (una más académica, explicación detallada del modelo es aquí).

He aquí un ejemplo relevante para su problema de diseño (55x55x55mm dimensiones exteriores, 10x1mm de las aletas, la placa de base espesor de 10 mm y una más bien conservador de 2.000 W/m2ºC de la conductancia de contacto):

La fuente resultante de la temperatura de 25ºC de temperatura ambiente y de 26,35 W de calor que fluye en el disipador de calor es de aprox 110ºC, lo que significa que el disipador de calor tendría un 3.23 ºC/W de resistencia térmica en condiciones de convección natural.

Experimento con la calculadora para encontrar el exterior de las dimensiones que mejor se adapte a tu diseño.

Answer 2

He estado por ese camino, pero los simuladores costo demasiado y tiene una curva de aprendizaje empinada. Si usted no es una dinámica térmica ingeniero usted puede tener algunos problemas en la comprensión de la jerga, yo lo hice. He leído libros de texto sobre la dinámica térmica y todo tipo de diseño del disipador de calor papeles y el disipador de calor de los simuladores.

Sugiero que usted obtenga la barra de aluminio en línea de metales $1.23 (0.125 x 1.5 x 12) (6061 T6511 es el menos caro), monte el LED de conseguir trabajo, poner la barra en la nevera. Llevarla a cabo en una húmeda habitación donde se condensa. A continuación, poner en el congelador, lo consigue helada, sacarlo del fuego y ver los patrones de los cristales de hielo de hacer una medida que se van derritiendo a medida que la barra se calienta. El resultado es similar a la salida de un simulador. La vida Real es increíblemente preciso.

Además no es un esfuerzo inútil, si no se la simulación, usted todavía necesita la barra para ver qué tan lejos las simulaciones fueron.

Pero el problema es que dentro de una hora o así terminar con una barra caliente de aluminio casi tan caliente como el LED. Pero usted no necesita mucho flujo de aire con una gran superficie. Una barra de aluminio de @ $1.23 o menos por cada pie es un maldito hoteles de disipador de calor.

No me gustan los fans. Esta es muy tranquila porque se mueve sólo 13 CFM @ 12VDC, 30.3 dB, 2300 RPM pero fue eficaz.

36V 2.4 Amp max.
Patrón que se muestra en un solo lado, en realidad, fue simétrica.

La medición de la temperatura de la parte trasera.

Actual se volvió hacia abajo y difusa.

Answer 3

Hay Lisa, un análisis de elementos finitos de la herramienta, que es gratuita, al menos para los modelos que han max. alrededor de 1000 nodos.

La simulación es difícil, se necesita un conocimiento profundo y se basa en suposiciones acerca de las condiciones de frontera. Pruebas reales, si es seguro y posible mejor. Si usted ya tiene el led y el disipador de calor del candidato, puede intentarlo. Ejecutar a un conocido, pero el nivel de potencia seguro, deje que se alcanza el equilibrio (=no más fáciles de medir el aumento de temperatura) y la tienda que la temperatura final. Usted debe tener el equipo adecuado para las mediciones. La diferencia de temperatura entre el led y el ambiente es directamente propostional a la potencia disipada. Por supuesto, usted no puede ir en el interior del led hasta que usted utilice a sí mismo como su sensor. El fabricante puede dar algunos datos útiles de la relación entre el voltaje, la corriente y la temperatura.

Pero también puede medir en la frontera entre el led y el disipador de calor. Hay, sin duda disponible la resistencia térmica entre ese punto y la de semiconductores o de los permitidos los límites de temperatura son directamente dicho ya que la temperatura del disipador de calor de la frontera.

Si el aumento en la temperatura del 10W es decir 1/3 de la permitida lugar, usted puede máximo tienen la disipación =30W.

Tenga en cuenta que en un gabinete de la temperatura ambiental también se levanta y que debe ser tomado en cuenta. De un lado otro dispositivo de calefacción también debe ser tomado en cuenta. Se calienta el ambiente y también irradia calor. Ahora puedes ver y probablemente ya sabe que el diseño térmico es una zona llena de retos y trampas.

ANEXO: El problema es muy interesante. Tuve la tomó sentado que el montaje en una placa de aluminio resuelve el problema del calor con leds. Algunos cálculos rápidos demostró que no es delgada placa de la uña. La disipación es la misma que en una de 100W amplificador de audio por uno de los 2 transistores de salida, por lo que el samelike disipadores de calor son necesarios. Su rendimiento sufrir drásticamente si el polvo obstruye. Recuerde demad la limpieza regular, como condición para la garantía o hacer fuertemente disipadores de calor de gran tamaño.

Answer 4

La buena noticia: Hay, de hecho, un modelo matemático simple que es bastante precisa.

Básicamente, usted puede servir de modelo a la mayoría de los problemas térmicos como un simple circuito eléctrico:

1. Potencia Térmica = Corriente Eléctrica
2. Térmica De La Diferencia De Temperatura = Tensión Eléctrica
3. Resistencia Térmica = Resistencia Eléctrica
4. La Masa Térmica = Condensador Eléctrico

Su caso es aún más simple: ya no se preocupan por constantes de tiempo que usted no necesita preocuparse acerca de la masa térmica.

Así que el modelo debería tener este aspecto

LED Junction -> {R1} -> LED Mounting Surface -> {R2} -> Al Bar -> {R3} -> Ambient

Donde

• R1: resistencia térmica de los LED de salida para el LED de montaje en superficie
• R2: resistencia térmica de los LED para conexión Al
• R3: resistencia térmica de la Al a Aire ambiente

Todos ellos están en serie, de modo que usted puede simplemente añadir a ellos. Si usted tiene R1 = 1.2 K/W, R2 = 0.8 K/W y R3 = 0,1 K/W de resistencia total sería 2.1 K/W. Para 40W de calor disipado su cruce de LED sería en 2.1 K/W*40W = 84 grados Kelvin (o Celsius) por encima de la temperatura Ambiente. A 25 ° c ambiente de la unión sería en 109 C.

La mala noticia: Los datos que se necesitan para este modelo es muy difícil de predecir

Usted necesitará tres térmico de las resistencias y el máximo permisible LED de temperatura de la unión.

1. Si tienes suerte puedes encontrar R1 y la temperatura máxima para el LED en la hoja de datos.
2. R2 es muy complicado, ya que de ello depende el material exacto, exacto la forma, la cantidad de planitud, la exacta tratamientos de superficie de ambos su superficie de montaje y el Al bar. Incluso el color y los detalles de el proceso de anodizado del Aluminio importan aquí.
3. R3: SI la barra es razonablemente grande, que debe ser bastante pequeño

Qué hacer depende de la medición de las habilidades que usted tiene. En general, esta es una buena oportunidad de trabajo. Asegúrese de que el LED está conectado firmemente AL bar y poner una almohadilla térmica o calor pegar en la conexión.

Toque la barra: debe ser notablemente más cálido muy cerca de la LED. Si no, que significa que usted no está recibiendo ningún calor transferido en el bar y la térmica de la conexión no es buena. Si la barra entera se siente caliente o incluso caliente, usted no está recibiendo suficiente acoplamiento térmico para el medio ambiente. Considere la posibilidad de una mayor superficie para el bar.

Answer 5

Uno de 60W LED es una térmica reto debido a que la fuente de calor es pequeña y muy potente. Por lo tanto, necesitará de metal de espesor para difundir el calor de lateral en una lo suficientemente grande como disipador de calor.

Esto es similar a la de un PC de escritorio cpu: pequeña área de la superficie, un montón de energía. Muchos PC de escritorio disipadores de calor de calor de tubos para resolver el calor extendiendo problema. Un PC sin ventilador del disipador de calor debe trabajar.

Sin embargo, esto no resuelve su problema, que es que uno de 60W LED es un muy brillante punto de origen, y no es ideal para la iluminación en el lugar de trabajo. Será cegadoramente brillante y proyectan sombras duras.

Usted puede resolver ambos problemas mediante el uso de tiras de LED como este:

http://www.leds.de/en/LED-strips-modules-oxid-oxid-oxid-oxid-oxid/High-power-LED-strips/

Yo estas en un proyecto:

http://www.leds.de/en/LED-strips-modules-oxid-oxid-oxid-oxid-oxid/High-power-LED-strips/PowerBar-LED-Strip-12-Nichia-LEDs-CRI-90.html

Vienen en un metal del PWB, y de la tira se puede cortar en LEDs individuales. Entonces me pegó en aluminio L-perfiles de uso térmico de epoxy conductivo (un LED cada 10 cm).

La difusión de los generadores de calor de los LEDs, en una longitud de perfil de aluminio permite mucho más fácil de refrigeración, y genera más agradable la luz.

EDITAR

OK, vamos a ir con el 60W LED.

Supongo que apunta hacia abajo. Desea que el disipador de calor de aletas de ser vertical para una óptima convección. Esto apunta hacia este tipo de factor de forma:

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Si utiliza un televisor de disipador de calor, usted necesitará instalar el LED en un espesor de aluminio de la plaza, a continuación, montar esto en un disipador de calor.

Ya que tu problema es la propagación del calor generado por una pequeña fuente, también se podría utilizar plana de calor de tubos:

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