Как рассчитать радиатор для транзистора

Проводимые расчеты

В зависимости от того, какой из вышеперечисленных параметров будет подлежать детальному изучению, производится соответствующий расчет. К примеру, определение требуемой мощности насоса или газового котла.

Кроме того, очень часто приходится производить расчет отопительных приборов. В процессе данного расчета необходимо также рассчитать тепловые потери здания. Это объясняется тем, что, сделав расчет, к примеру, требуемого количества радиаторов, можно легко ошибиться при подборе насоса. Подобная ситуация возникает в том случае, когда насос не справляется с подачей ко всем радиаторам необходимого количества теплоносителя.

Формула для точного расчета

Существует довольно непростая формула, по которой можно сделать точный расчет мощности радиатора отопления:

Q_т = 100 Вт/м₂ × S(помещения)м₂ × q1 × q2 × q3 × q4 × q5 × q6× q7, где

q1 – тип остекления: обычное остекление – 1,27; двойное остекление – 1; тройное – 0,85.

q2 – изоляция стен: плохая – 1,27; стена в 2 кирпича – 1; современная – 0,85.

q3 – соотношение площадей оконных проемов к полу: 40% – 1,2; 30% – 1,1; 20% – 0,9; 10% – 0,8.

q4 – наружная температура (минимальная): -35°C – 1,5; -25°C – 1,3; -20°C – 1,1; -15° C – 0,9; -10C° – 0,7.

q5 – число наружных стен: четыре – 1,4; три – 1,3; угловая (две) – 1,2; одна – 1,1.

q6 – тип помещения, располагаемого над расчетным: холодное чердачное – 1; отапливаемое чердачное – 0,9; обогреваемое жилое – 0,8.

q7 – высота помещений: 4,5м – 1,2; 4м – 1,15; 3,5м – 1,1; 3м – 1,05; 2,5м – 1,3.

Произведем расчет радиаторов отопления по площади:

Помещение в 25 м 2 с двумя двухстворчатыми оконными проемами с тройным стеклопакетом, высотой 3 м, ограждающими конструкциями в 2 кирпича, над помещением расположен холодный чердак. Минимальная температура воздуха в зимний период времени — +20°C.

Q_т = 100Вт/м ₂ × 25 м ₂ × 0,85 × 1 × 0,8(12%) × 1,1 × 1,2 × 1 × 1,05

В результате получаем 2356,20 Вт. Данное число разделим на 150 Вт. Итак, для нашего помещения потребуется 16 секций.

Конструктивные особенности

Конструктивные радиаторы делятся на две группы:

игольчатые;
ребристые.

Первый тип, в основном, применяется для естественного охлаждения светодиодов, второй – для принудительного. При равных габаритных размерах пассивный игольчатый радиатор на 70 процентов эффективнее ребристого.

Радиаторы игольчатого типа для мощных и смд светодиодов

Но это не значит, что пластинчатые (ребристые) радиаторы годятся только для работы в паре с вентилятором. В зависимости от геометрических размеров, они могут применяться и для пассивного охлаждения.

LED-лампа с ребристым радиатором

Оба типа радиаторов в поперечном сечении могут быть квадратными, прямоугольными или круглыми.

Характеристики от китайцев

Заботливый продавец на странице с товаром размещает таблицу с параметрами светодиодных матриц. Если эти данные не указаны, то покупать в этом месте не советую, может быть большой разброс в качестве.

В таблице для 24*24mil вы видите, что продавец указывает стандартную мощность 10вт, 20вт, 30вт, 50вт, 70вт, 100вт и количество установленных кристаллов. Внимательно смотрим на напряжение и силу тока. Для 100вт количество вольт 30-32В, Ампер 2-2,1А.

Вычисляем мощность для 24*24mil:

минимальная 30В*2А = 60вт;
максимальная 32В*2,1А = 67,2вт;
то есть вместо обещанных 100вт, будет 60-65вт.

Значение в 60-65вт всё равно завышено, так как 1 чип на 0,5W, то реально там 50W, а продали нам его как 100вт. Кристаллы и так самые дешевые и самые плохие, поэтому любой разгон им противопоказан.

Вычисляем для 24*44mil:

минимальная 30В * 2,850А = 85,5W;
максимальная 32В * 3А = 96W;
среднее будет 90W.

По таблице получили 90W, реально там 75W, завысили на 15W.

Посчитаем для 30*30mil:

минимум 32В * 2,8А = 89,6W
максимум 34В * 3,5А = 119W
среднее 105W

Размер 30*30mil обеспечивает обещанные технические характеристики. Такие же чипы ставятся в обычные качественные одноватники 1W с энергопотреблением 10вт, 20вт, 30вт, 50вт, 70вт, 100вт

Охлаждение своими руками

Простейшим примером радиатора будет «солнышко», вырезанное из жести или листа алюминия. Такой радиатор может охладить 1-3Вт светодиодов. Скрутив два таких листа между собой через термопасту, можно увеличить площадь теплоотдачи.

Это банальный радиатор из подручных средств, он получается довольно тонким и использовать его для более серьёзных светильников нельзя.

Сделать своими руками радиатор для светодиода на 10W таким образом будет невозможно. Поэтому можно применить для таких мощных источников света радиатор от центрального процессора компьютера.

Если если оставить кулер, активное охлаждение светодиодов позволит использовать и более мощные LED. Такое решение создаст дополнительный шум от вентилятора и потребует дополнительного питания, плюс периодическое ТО кулера.

Площадь радиатора для 10Вт светодиода будет довольно большой – порядка 300см2. Хорошим решением будет использование готовых алюминиевых изделий. В строительном или хозяйственном магазине вы можете приобрести алюминиевый профиль и использовать его для охлаждения мощных светодиодов.

Сделав сборку нужной площади из таких профилей, вы можете получить неплохое охлождение, не забудьте все стыки промазать хотя бы тонким слоем термопасты. Стоит сказать, что есть специальный профиль для охлаждения, который выпускается промышленно самых разнообразных видов.

Если у вас нет возможности сделать радиатор охлаждения светодиодов своими руками вы можете поискать подходящие экземпляры в старой электронной аппаратуре, даже в компьютере. На материнской плате расположены несколько. Они нужны для охлаждения чипсетов и силовых ключей цепей питания. Отличный пример такого решения изображен на фото ниже. Их площадь обычно от 20 до 60см2. Что позволяет охлаждать светодиод мощностью 1-3 Вт.

Еще один интересный вариант изготовления радиатора из листов алюминия. Такой метод позволит набрать практически любую необходимую площадь охлаждения. Смотрим видео:

10 ВТ СВЕТОДИОДЫ

Сегодня к нам для исследований и опытов попал мощный десятиваттный светодиод модели Cree XM-L-H. Конструкция светодиода — стандартная алюминиевая «звезда» с пятачками под пайку проводов и вырезами для привинчивания LED прибора к радиатору.

Естественно вы понимаете, что конструктивное исполнение данного светодиода не предназначенно для рассеивания такой большой мощности. В ходе экспериментов уже пол ватта вызывало небольшой нагрев корпуса.

Технические параметры светодиода Cree XM-L-H указанные на сайте.

Прежде всего снимем вольт-амперную характеристику указанного LED прибора и занесём результаты в таблицу.

Напряжение на светодиоде	2,3	2,4	2,5	2,57	2,63	2,72	2,81	2,95 3,1
Ток светодиода, мА	1	10	50	100	250	500	1000	2000 3000

Как видим крутизна ВАХ довольно велика, и небольшое отклонение напряжения в пределах 0,1В сразу приводит к резкому изменению тока потребления. А учитывая, что рабочий ток доходит до 3-х ампер — использование гасящего резистора для стабилизации тока отпадает. Ведь для нормального питания данного светодиода на 10 вт допустим от аккумулятора автомобиля 12В, пришлось бы установить резистор на 3 Ома мощностью 35 ватт!

Так что в данном случае, использование специального преобразователя-драйвера безальтернативно. Тем более цена его в пределах 2-4уе.

А теперь испытаем светодиод в поединке с лампочкой накаливания 220В 60Вт. На фотографиях ниже показаны варианты освещения с обеими источниками света.

Только светодиод на 10 ватт

Только лампа накаливания на 60 ватт

Выводы делайте сами. Конечно светодиод проигрывает по цветовой температуре (всё-таки 6000К), но по яркости на ватт потребляемой мощности он в несколько раз превзошёл соперника.

Ещё одна хорошая особенность — очень широкий угол света, почти 170 градусов. Прошла эпоха светодиодов с линзочками, теперь для получения нормального освещения не требуется даже рефлектор. Конструкция светоизлучателя LED прибора такова, что свет испускается равномерно по всей полусфере.

Представляется интересным использовать данный 10-ти ваттный светодиод либо в мощном светодиодном фонарике (что и было сделано), либо вместе с LED драйвером в корпусе сгоревшей люминисцентной энергосберегающей лампы. Но не забывайте про достаточный теплоотвод — размеры радиатора должны быть не менее 10 кв. см.

О цене светодиода говорить не буду, так как снижение стоимости LED приборов происходит постоянно. Уточняйте в интернет магазинах. В следующих статьях мы проведём интересные эксперименты с мощнейшим светодиодом в несколько десятков ватт!Форум по светодиодам

Область применения

Сверхъяркие светодиоды 10 W широко применяются в различных осветительных устройствах. Все сферы условно можно разделить на общее и специальное назначение. К общему назначению относится эксплуатация светодиодов в лампах, светильниках, прожекторах, а к специальному – применение для подсветки в оранжереях и аквариумах. Второй вариант – это, так называемые, фитосветильники и не только. Фокус в том, что спектр излучения данного LED оптимальный для роста растений, как на суше, так и в воде. А кроме водорослей и рыб, освещение 10 ваттными светодиодами, благоприятно влияет на развитие кораллов, поэтому любители аквариумов являются частыми потребителями этой радиодетали. Все эти замечательные свойства проявляются в определенной комбинации цветов кристаллов. Что касается использования описываемого полупроводникового прибора для осветительных устройств общего назначения, то помимо бытовых ламп, светодиод отлично применяется для изготовления фар для автомобиля, светофоров, дорожной подсветки.

В целях декорирования разноцветные 10-ваттные светодиоды эксплуатируются в ландшафтном дизайне, для подсветки сооружений, бассейнов и уличной рекламы.

Стандартный способ подбора

Его применяют только тогда, когда высота комнаты меньше 3 м. Его реализуют так:

Определяют площадь помещения. Например, она составляет 25 м².
Умножают полученную цифру на 100 Вт. Согласно СНиП эта цифра является нормой. В документе сказано, что на каждый квадратный метр должно создаваться 100 Вт. Получается, что источник тепла должен создавать 2 500 Вт или 2,5 кВт.
Полученную мощность делят на теплоотдачу одной секции батареи. Этот шаг выполняют тогда, когда планируется устанавливать секционный радиатор или батарею. Как известно, такое исполнение имеют чугунные, алюминиевые и биметаллические отопительные устройства. Если батарея имеет секцию с теплоотдачей, равной 150 Вт, то нужно покупать устройство с 17 секциями (2 500/150 = 16,6, округляют только в большую сторону).

С панельными радиаторами ситуация несколько иная. Они представляют собой цельную конструкцию, которую невозможно увеличивать или уменьшать. Поэтому учитывают полную их мощность. Однако установка одного большого радиатора с мощностью 2,5 кВт будет немного ошибочным шагом. Это потому, что для этих батарей применяют иной способ расчета.

Некоторые особенности стандартного способа

Однако, если помещение имеет повышенную потерю тепла, то общую мощность отопительных устройств (в нашем случае цифру 2,5 кВт) нужно корректировать.

Корректировка должна быть такой:

Увеличение итоговой цифры на 20% в случае, когда комната является угловой (то есть две стены являются внешними).
Увеличение общей мощности на 10% в случае выполнения нижнего подключения батареи отопления.
Уменьшение общего количества тепла на 15-25%, если в комнате установлены металлопластиковые окна.

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

Материалы для изготовления

Радиаторы для охлаждения светодиодов различаются по конструкции и материалу.

Окружающий воздух может принять не более 5-10 Вт с единичной поверхности

При выборе материала для изготовления радиатора следует принять во внимание выполнение следующего условия: теплопроводность его должна быть не менее 5-10 Вт. Материалы с меньшим параметром не смогут обеспечить передачу всего тепла, которое может принять воздух

Для изготовления радиаторов традиционно используют алюминий, медь или керамику. В последнее время появились изделия, выполненные из теплорассеивающих пластмасс.

Алюминиевые

Основным недостатком алюминиевого радиатора является многослойность конструкции. Это неизбежно приводит к возникновению переходных тепловых сопротивлений, преодолевать которые приходится с помощью применения дополнительных теплопроводящих материалов:

клейких веществ;
изолирующих пластин;
материалов, заполняющих воздушные промежутки и пр.

Алюминиевые радиаторы для светодиодов 1 вт

Медные

Медь обладает большей теплопроводностью, чем алюминий, поэтому в некоторых случаях ее использование для изготовления радиаторов оправдано. В целом же данный материал уступает алюминию в плане легкости конструкции и технологичности (медь – менее податливый металл).

Изготовление медного радиатора методом прессования – наиболее экономичным – невозможно. А обработка резанием дает большой процент отходов дорогостоящего материала.

Как рассчитать радиатор для транзистора

Медные радиаторы

Керамические

Одним из наиболее удачных вариантов теплоотводчика является керамическая подложка, на которую предварительно наносятся токоведущие трассы. Непосредственно к ним и подпаиваются светодиоды. Такая конструкция позволяет отвести в два раза больше тепла по сравнению с металлическими радиаторами.

Лампочка с керамическим радиатором

Пластмассы теплорассеивающие

Все чаще появляется информация о перспективах замены металла и керамики на терморассеивающую пластмассу. Интерес к этому материалу понятен: стоит пластмасса намного дешевле алюминия, а ее технологичность намного выше. Однако теплопроводность обычной пластмассы не превышает 0,1-0,2 Вт/м.К. Добиться приемлемой теплопроводности пластмассы удается за счет применения различных наполнителей.

При замене алюминиевого радиатора на пластмассовый (равной величины) температура в зоне подвода температур возрастает всего на 4-5%. Учитывая, что теплопроводность теплорассеивающей пластмассы намного меньше алюминия (8 Вт/м.К против 220-180 Вт/м.К), можно сделать вывод: пластический материал вполне конкурентоспособен.

Лампочка с радиатором из термопластика

Расчет площади радиатора

В самом начале нужно выяснить, сколько грунтующего раствора и краски нужно использовать для покраски батареи. Это можно узнать, вычислив площадь радиатора отопления. Далее смотрят на рекомендации, указанные на банке с краской. В них всегда указывается, сколько краски может пойти на 1 кв. м. Самостоятельно измерить площадь батареи невозможно. Это не нужно делать, ведь производители указывают площадь поверхности нагрева секции. Поскольку прогревается каждый квадратный сантиметр секции, то эта площадь и площади всей поверхности секции.

Одно ребро батареи МС-140-500 имеет площадь 0,244 кв. м. Модификация этой модели с межосевым расстоянием 300 мм имеет секции с площадью 0,208 кв. м.

Чтобы определить общую площадь поверхности чугунной батареи, необходимо:

Узнать название модели установленной батареи и желательно производителя (это потому, что секции, выпущенных производителями одних и тех же моделей, имеют разную глубину и ширину).
Установить площадь нагрева 1 ребра .
Умножить количество секций на площадь. Если в радиаторе МС-140-500 является 10 ребер, то площадью поверхности будет 2,44 кв. м.

Сделав расчет, определяют количество состава и грунтовки, покупают их и выполняют покраску. Краску следует брать с запасом, ведь каждый наносит слой с разной толщиной.

Способы расчета радиаторов

Итак, начинать стоит с расчета именно батарей. Минимальное необходимое их число может зависеть сразу от нескольких параметров:

Схема монтажа радиаторов отопления.

площади помещения;
высоты потолка;
материала стен, наличия отверстий, количества окон, то есть от тепловых потерь дома.

Самым простым расчетом, который не учитывает многие из вышеуказанных факторов, можно считать тот, который выполняется по следующей формуле:

К — необходимое число секций батареи;
П — общая площадь отапливаемого помещения, для которого ведется подбор;
М1 — мощность одной секции.

В формуле разность умножается на 100. Эта цифра взялась не случайно. Многолетней практикой показано, что минимальная мощность, которая необходима для одной единицы площади (1 кв.м) отапливаемого помещения, чтобы поддерживать в нем нормальный температурный режим, составляет порядка 100 Ватт.

Стоит отметить, что для нежилых зданий, но нуждающихся в отоплении этот показатель может принять значение 50 Ватт.

Для проведения подбора по формуле не хватает одной константы — отопительной мощности одной секции. Конечно, ее тоже можно рассчитать, однако это достаточно сложно и долго.

Поскольку все чугунные батареи отопления имеют примерно одинаковые размеры, то за многолетнюю практику было взято среднее значение мощности, около 150 Ватт.

Теперь, имея все данные, можно подобрать необходимое число секций радиатора.

Однако это только простейшая формула. Поскольку каждая комната в отдельности имеет свои показатели по тепловой потере, то обычно производится внесение в формулу дополнительных коэффициентов. Например, если комната имеет две внешние стены, то есть она угловая, то вносится коэффициент 1,2.

Тогда формула приобретет вид:

Пусть комната имеет площадь 9 кв.м и расположена она по центру дома, но с двумя внешними стенами. Необходимо осуществить подбор отопительных элементов для данного помещения.

Итак, К= (9/150)*100*1,2 = 7,2, то есть 8 секций.

Стоит заметить, что данный расчет верен только для потолков не выше 2,7 метров. Также следует сказать, что более правильно производить расчет исходя из объема помещения.

Примерно на таком же принципе основан и второй приблизительный расчет. Уже давно посчитано, что одна секция батареи способна отапливать примерно 1,8 кв. м площади помещения. При этом эта цифра верна только для потолков, которые не превышают в высоту 2,7 м.

Производители

В трех частях света рассредоточены лидеры производства мощных светодиодов, таких как LED 10 W. Среди них американская компания Cree (которую мы уже упоминали и демонстрировали образец ее продукции), японская Nichia (пионера в области светодиодной техники), а также, немецкая Osram (более известная для отечественного покупателя).

Фирменные светодиодные изделия стоят дороже, чем их noname аналоги, но качество во втором случае никто не гарантирует.

Рассмотрим, с какими особенностями вы столкнетесь, решив приобрести китайские дешевые 10-ваттные светодиоды. Во-первых, если внимательно сравнивать, то 9 кристаллов матрицы сами по себе имеют меньшие размеры, чем у качественных модулей. Это, естественно, скажется на светоотдаче при их работе. Во-вторых, сильная неравномерность свечения каждого кристалла. Заметно это, правда, только при пониженном токе, но, тем не менее, такая особенность влияет на скорость деградации всего светодиодного модуля.

10 ваттные подделки из Китая

На картинке вы можете наблюдать, неравномерное свечение отдельных кристаллов модуля, и как с повышением тока она выравнивается

В-третьих, в светодиодах низкого качества соединяющие кристаллы проводники очень тонкие, и могут оборваться от неосторожного движения, чем прервут функционирование минимум одной тройки последовательных кристаллов

Резюмируя описанное выше, хочется выделить важные для запоминания тезисы статьи. Светодиоды 10 Вт в качестве светоизлучающих источников широко применяются на практике для изготовления автоламп, фонариков, прожекторов и прочих осветительных приборов

Радиаторное охлаждение критически важно для нормальной работоспособности светодиода. Питание производится от источника 12В через драйвер (стабилизатор напряжения)

Известный бренд гарантирует бесперебойное функционирование в течение всего заявленного срока, а с китайскими недорогими аналогами могут возникнуть проблемы.

Конструкция светодиода, варианты исполнения

Светодиод COB 10 W представляет собой компактный модуль, выполненный по технологии chip-on-board. Принципиальное отличие от SMD заключается в том, что несколько кристаллов вместе размещаются на плате и покрываются общим слоем люминофора. Это значительно снижает стоимость матрицы. Состоит она из 9 кристаллов: три параллельные цепочки по три последовательно подключенных кристалла в каждой. Внешне LED 10 W могут отличаться формой токопроводящей подложки. Например, светодиод фирмы Cree выглядит, как показано на рисунке. Подложка его имеет форму звезды и выполнена из алюминия.

Корпус модуля изготовлен из термостойкого пластика, а линза – из эпоксидной смолы. Классические LED 10 W выглядят так, как показано на схеме, но на практике габаритные размеры варьируются в зависимости от производителя.

Не забывайте, что светодиод является полярным элементом, поэтому обращайте внимание на маркировку при монтаже. Обязательным условием адекватного функционирования светодиода 10 Вт является наличие теплоотвода

Организовать его можно с помощью алюминиевого или медного радиатора. Смазывайте подложку светодиода термопроводящей пастой или термоклеем для лучшей теплоотдачи. Иногда дополнительно монтируется кулер, который обеспечивает циркуляцию воздуха для охлаждения радиаторных пластин.

На видео вы можете увидеть испытание светодиода 10Вт и рекомендации при подключении такого элемента. Вот, как должна выглядеть схема подключения светодиода 10 Вт.

Источником питания может выступать автомобильный аккумулятор, компьютерный блок питания, или специально приобретенный 12-ти вольтовый источник. Для того чтобы избежать перегрева (несмотря на радиатор) и защиты светодиода, крайне необходимо подключать его не напрямую к источнику, а через любой стабилизатор напряжения. На схеме показан интегральный стабилизатор напряжения LM-317, но можно использовать и другой с подходящими параметрами. С помощью обычной кренки и резистора вы обеспечите себя гарантированными 12 В на выходе и ток не превысит 1 А, что является залогом долговечности работы вашего устройства.

Комплекс из резистора и стабилизатора называют драйвером светодиода.

Зачем диодам нужно охлаждение

Несмотря на высокие показатели светоотдачи светодиоды излучают света примерно на треть потребляемой мощности, а остальное выделяется в тепло. Если диод перегревается структура его кристалла нарушается, начинает деградировать, световой поток снижается, а степень нагрева лавинообразно увеличивается.

Причины перегрева светодиодов:

Слишком большой ток;
плохая стабилизация питающего напряжения;
плохое охлаждение.

Первые две причины решаются применением качественного источника питания для светодиодов. Такие источники часто называют драйвер для светодиода. Их особенность заключается не в стабилизации напряжения, а именно в стабилизации выходного тока.

Дело в том, что при перегреве сопротивление светодиода снижается и ток, протекающий через него, возрастает. Если в качестве блока питания использовать стабилизатор напряжения – процесс получится лавинообразным: больше нагрев – больше ток, а больший ток – это больший нагрев и так по кругу.

Стабилизируя ток, вы отчасти стабилизируете и температуру кристалла. Третья причина – это плохое охлаждение для светодиодов. Рассмотрим этот вопрос подробнее.