Mô hình truyền nhiệt từ Power LED sang thanh kim loại

10

Tôi đang chơi xung quanh với đèn chiếu sáng tại nơi làm việc và đã phát triển nguồn dòng không đổi 20 V -> 38 V PWM để điều khiển đèn LED công suất của tôi (công suất tối đa khoảng 64W). Càng xa càng tốt. Tuy nhiên, tôi đã suýt giết chết một đèn LED bằng cách sửa nó trên một bộ tản nhiệt không đáng kể ("may mắn thay", các tiếp điểm dây tự mở ra đúng lúc, dừng quá trình).

Bây giờ, tôi đang xem xét các lựa chọn làm mát. Muốn tránh làm mát chủ động (tức là tiếng vo ve của quạt), tôi đã xem xét lối thoát "lười biếng" (chiều xa so với cuối cùng, tôi chưa có ứng cử viên tản nhiệt nào ):

Tôi muốn gắn đèn LED 19 x 19 mm trực tiếp lên thanh nhôm hoặc hồ sơ. Bây giờ, tôi đã chơi xung quanh với phần mềm mô phỏng nhiệt, nhưng điều đó dường như vượt trội (và cho đến nay, nó chủ yếu gặp sự cố, cộng với tôi có rất nhiều lý thuyết để bắt kịp). Vì thế:

Có một mô hình phân tích nổi tiếng để phân phối nhiệt khi gắn nguồn nhiệt năng không đổi vào một miếng kim loại không?
- Nếu không, có một phần mềm mô phỏng đi? Cho đến nay, tôi đang chơi với Elmer.
Là mô phỏng theo cách để đi đến đây, tất cả, hoặc là làm mát thụ động bị nguyền rủa cho đèn LED 60W?

Dữ liệu (từ bảng dữ liệu LED ):

Khớp nối chịu nhiệt 0,8 K / W
19x19 mm
công suất định mức tối đa 64,2 W
công suất liên tục Tôi dự định sử dụng: 36,6 V · 0,72 A = 26.352 W

— Marcus Müller
nguồn

nhấn mạnh thực tế là tôi chưa có thanh kim loại.

— Marcus Müller

2

Nếu dây của bạn bắt đầu tự mở ra, bạn có thể muốn có suy nghĩ thứ hai về việc sử dụng bất cứ thứ gì nóng trở lại. Các bộ phận có thể đã bị hư hại một phần nhưng vĩnh viễn.

— Cột

jep, đã xem xét rằng, đèn LED bị ảnh hưởng hiện là loại được dành riêng cho sử dụng thử nghiệm, nhưng cho đến nay, đối với các vụ nổ, đường cong I / V của dãy đèn LED vẫn ổn

— Marcus Müller

Máy tính được đề xuất dường như cho rằng nhiệt được áp dụng đều cho tấm đế của tản nhiệt. Nguồn nhiệt của bạn là một điểm 19x19mm. Bạn nên sử dụng một bộ tản nhiệt bằng đồng ít nhất, để có được hiệu suất truyền nhiệt tính toán. Ngoài ra, để đối lưu tự do có hiệu quả ở vùng đồng bằng hợp lý, khoảng cách vây phải là 7-8mm, dẫn đến bồn rửa lớn hơn cho khu vực cần thiết, và sự lan truyền nhiệt ngày càng quan trọng. Bạn có thể muốn xem xét các tản nhiệt đa hướng, bồn rửa này sẽ có ~ 2C / W từ lò sưởi 1sq.inch để đối lưu miễn phí xung quanh, micforg.co.jp/en/c_n80e.html

— Ale..chenski

7

Nếu sự hiểu biết của tôi là chính xác, bạn muốn ước tính điện trở nhiệt của tản nhiệt hoặc tấm vật liệu dẫn nhiệt với môi trường xung quanh, không có bất kỳ luồng không khí nào ( = đối lưu tự nhiên ).

Có một máy tính trực tuyến đẹp cho tản nhiệt hình chữ nhật có vây , thực hiện mô hình đối lưu tự nhiên cho tản nhiệt (một lời giải thích chi tiết hơn về học thuật của mô hình có ở đây ).

Dưới đây là một ví dụ liên quan đến vấn đề thiết kế của bạn (kích thước bên ngoài 55x55x55mm, vây 10x1mm, độ dày tấm đế 10 mm và độ dẫn tiếp xúc 2.000 W / m2ºC khá bảo thủ):

Nhiệt độ nguồn kết quả cho nhiệt độ môi trường 25ºC và 26,35 W nhiệt truyền vào tản nhiệt là aprox 110ºC, điều đó có nghĩa là tản nhiệt sẽ có điện trở nhiệt 3,23 CC / W trong điều kiện đối lưu tự nhiên.

Thử nghiệm với máy tính để tìm kích thước bên ngoài phù hợp nhất với thiết kế của bạn.

— Enric Blanco
nguồn

trình duyệt mà bạn đang sử dụng? Tôi không bao giờ có thể làm cho bất kỳ Nhiệt độ nguồn xuất hiện. Ah. Có nó để làm việc.

— Marcus Müller

2

Safari. Hãy lưu ý rằng máy tính khá kén chọn. Ví dụ: nếu tổng của tất cả các khoảng trống và độ dày vây của bạn không cộng vào tổng chiều rộng, thì máy tính sẽ âm thầm từ chối tính toán nhiệt độ nguồn mà không đưa ra bất kỳ mã lỗi hoặc cảnh báo nào.

— Enric Blanco

Tôi phải thừa nhận nó rất khó khăn. Tôi nghĩ rằng công thức là tổng chiều rộng = N_fins * fin_creen * (N_fins -1) * fin_spaces, nhưng nó không hoạt động

— Marcus Müller

ah chờ đã, sẽ không như thế nếu H + tp không thêm chính xác , hoặc

— Marcus Müller

3

@ Được hiểu là công bằng, tôi vừa đi vừa đọc mã nguồn của kịch bản, và tìm ra mọi thứ. Ngoài ra, dường như các trình duyệt hiện đại có thể thay thế các cơ chế mà thứ này sử dụng để hiển thị các cảnh báo, do đó không thực sự là lỗi của công cụ

— Marcus Müller

5

Tôi đã đi trên con đường đó nhưng các trình mô phỏng tốn kém quá nhiều và có một đường cong học tập dốc. Nếu bạn không phải là một kỹ sư động lực nhiệt, bạn có thể gặp một số vấn đề trong việc hiểu biệt ngữ, tôi đã làm. Tôi đọc sách giáo khoa về động lực nhiệt và tất cả các loại giấy thiết kế tản nhiệt và mô phỏng tản nhiệt.

Tôi khuyên bạn nên lấy thanh nhôm ở kim loại trực tuyến $ 1,23 (0,125 x 1,5 x 12) (6061 T6511 là ít tốn kém nhất), gắn đèn LED để nó hoạt động, đặt thanh vào tủ lạnh. Mang nó ra một căn phòng ẩm nơi nó ngưng tụ. Sau đó đặt nó trong tủ đá, làm cho nó lạnh, lấy nó ra và xem các mẫu tinh thể băng tạo ra khi chúng tan chảy khi thanh nóng lên. Kết quả tương tự với đầu ra của một trình giả lập. Cuộc sống thực là chính xác đáng kinh ngạc quá.

Bên cạnh đó không phải là một nỗ lực lãng phí, nếu bạn thực hiện mô phỏng, bạn vẫn cần thanh để xem các mô phỏng đã đi được bao xa.

Nhưng vấn đề là bạn sẽ trong vòng một giờ hoặc lâu hơn với một thanh nhôm rất nóng gần như nóng như đèn LED. Nhưng bạn không cần nhiều luồng không khí với bề mặt lớn. Một thanh nhôm @ $ 1,23 hoặc ít hơn mỗi chân là một tản nhiệt rẻ tiền chết tiệt.

Tôi cũng không thích người hâm mộ. Cái này rất yên tĩnh vì nó chỉ di chuyển 13 CFM @ 12VDC, 30.3 dB, 2300 RPM nhưng nó đã hiệu quả.

Tối đa 36V 2,4 Ampe.
Hoa văn chỉ hiển thị ở một bên, nó thực sự đối xứng.

Đo mặt sau nhiệt độ.

Hiện tại quay xuống và khuếch tán.

— Hiểu lầm
nguồn

2

đó là một ý tưởng tuyệt vời để quan sát sự khuếch tán nhiệt độ! Tuyệt quá! Không phải ở Mỹ, vì vậy cửa hàng đó sẽ không được sử dụng cho tôi, nhưng tôi sẽ tìm một thanh Alu (có kích thước bằng số liệu: D) tại địa phương và làm điều này.

— Marcus Müller

Tôi đi làm nước. Những gì tôi nhận được từ bài tập mà tôi đã mô tả, là khoảng cách giữa các lõi. Tôi có thể thấy sức nóng đã đi xuống thanh cách xa COB. Và tôi đã mua thêm một bài kiểm tra COB khi mà (không nếu) cái này không còn có thể bị lạm dụng nữa.

— Hiểu lầm

Bơm 2,4 Ampe điện áp chuyển tiếp là 39,5V (102 Watts), nhiệt độ của thanh ngay dưới đèn LED là khoảng 42,5 ° C khi ổn định sau 20 phút và tương tự 10 phút sau đó.

— Hiểu lầm

2

Tin tốt: Thực sự có một mô hình toán học đơn giản khá chính xác.

Về cơ bản, bạn có thể mô hình hóa hầu hết các vấn đề về nhiệt như một mạch điện đơn giản:

Nhiệt điện = Dòng điện
Chênh lệch nhiệt độ nhiệt = Điện áp
Nhiệt điện trở = Điện trở
Nhiệt lượng = Tụ điện

Trường hợp của bạn thậm chí còn đơn giản hơn: vì bạn không quan tâm đến hằng số thời gian, bạn không cần phải lo lắng về khối lượng nhiệt.

Vì vậy, mô hình của bạn sẽ trông như thế này

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

Ở đâu

R 1: điện trở nhiệt từ đường giao nhau LED đến bề mặt lắp đèn LED
R2: điện trở nhiệt cho kết nối LED đến Al
R3: điện trở nhiệt từ Al đến không khí xung quanh

Chúng là tất cả trong loạt để bạn chỉ cần thêm chúng lên. Nếu bạn có R1 = 1,2K / W, R2 = 0,8K / W và R3 = 0,1 K / W thì tổng trở của bạn sẽ là 2,1K / W. Đối với 40W nhiệt phân tán, điểm nối LED của bạn sẽ ở mức 2.1K / W * 40W = 84 Kelvin (hoặc Celsius) trên nhiệt độ Môi trường. Ở nhiệt độ 25C, ngã ba sẽ ở 109C.

Tin xấu: Dữ liệu bạn cần để mô hình hóa điều này nổi tiếng là khó dự đoán

Bạn sẽ cần ba điện trở nhiệt và nhiệt độ tiếp giáp LED tối đa cho phép.

Nếu may mắn, bạn có thể tìm thấy R1 và temp Max cho đèn LED trong bảng dữ liệu.
R2 rất phức tạp, vì nó phụ thuộc vào vật liệu chính xác, hình dạng chính xác, độ phẳng, cách xử lý bề mặt chính xác của cả bề mặt lắp đặt của bạn và thanh Al. Ngay cả màu sắc và chi tiết của quá trình anốt hóa của Nhôm cũng có vấn đề ở đây.
R3: NẾU thanh này khá lớn, nên khá nhỏ

Phải làm gì phụ thuộc vào khả năng đo lường mà bạn có. Nói chung điều này có một cơ hội tốt để làm việc. Đảm bảo rằng đèn LED được gắn chắc chắn vào thanh AL và đặt một miếng đệm nhiệt hoặc một số miếng dán nhiệt vào kết nối.

Chạm vào thanh: nó sẽ ấm hơn đáng kể rất gần với đèn LED. Nếu không, điều đó có nghĩa là bạn không nhận được bất kỳ nhiệt nào được truyền vào thanh và kết nối nhiệt là không tốt. Nếu toàn bộ thanh cảm thấy ấm hoặc thậm chí nóng, bạn không nhận được đủ khớp nối nhiệt với môi trường. Xem xét thêm diện tích bề mặt cho thanh.

— Hilmar
nguồn

1

Vì vậy, yeah, mô hình R3 chính xác là vấn đề! R1 là (tất nhiên) được đưa ra trong biểu dữ liệu; R2 là một khía cạnh thú vị, mặc dù tôi đã lên kế hoạch để giữ mức dưới 5K / W bằng cách gắn áp lực và dán nhiệt. Tuy nhiên, như đã nói trong câu hỏi của tôi, tôi chưa có một thanh nào để đo, vì vậy trong khi tôi muốn đây là một câu trả lời cho câu hỏi của tôi, thì không.

— Marcus Müller

Tôi thích điều đó chạm vào thanh. Hoạt động tốt hơn nhiều so với các công thức. Tôi sẽ tiếp tục tăng dòng điện, đợi một giờ để mọi thứ ổn định, đo nhiệt độ ở mặt sau, sau đó tăng dòng điện, lặp lại. Bạn đã nhận được phiếu bầu của tôi.

— Hiểu lầm

2

Một đèn LED 60W là một thách thức nhiệt vì nguồn nhiệt nhỏ và rất mạnh. Do đó, bạn sẽ cần kim loại dày để truyền nhiệt sang một bên tản nhiệt đủ lớn.

Điều này tương tự như một cpu máy tính để bàn: diện tích bề mặt nhỏ, nhiều năng lượng. Nhiều tản nhiệt máy tính để bàn sử dụng ống dẫn nhiệt để giải quyết vấn đề lan truyền nhiệt. Một tản nhiệt PC không quạt nên hoạt động.

Tuy nhiên, điều này không giải quyết được vấn đề khác của bạn, đó là một đèn LED 60W là một nguồn điểm rất sáng và nó không lý tưởng cho việc chiếu sáng nơi làm việc. Nó sẽ sáng chói và sẽ tạo ra bóng tối khắc nghiệt.

Bạn có thể giải quyết cả hai vấn đề bằng cách sử dụng dải đèn LED như thế này:

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

Tôi đã sử dụng chúng trong một dự án:

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

Chúng đi trên một PCB kim loại, và dải có thể được cắt thành các đèn LED riêng lẻ. Sau đó tôi dán chúng lên các cấu hình chữ L bằng nhôm bằng cách sử dụng epoxy dẫn nhiệt (một đèn LED cứ sau 10cm).

Trải các đèn LED tạo nhiệt trên một chiều dài cấu hình nhôm cho phép làm mát dễ dàng hơn nhiều và tạo ra ánh sáng dễ chịu hơn.

BIÊN TẬP

OK, hãy đi với đèn LED 60W.

Tôi cho rằng nó đang chỉ xuống. Bạn muốn vây tản nhiệt thẳng đứng để đối lưu tối ưu. Điểm này hướng tới loại yếu tố hình thức này:

Liên kết liên kết

Nếu bạn sử dụng tản nhiệt phẳng, bạn sẽ cần gắn đèn LED trên một hình vuông bằng nhôm dày, sau đó gắn nó lên đế tản nhiệt.

Vì vấn đề của bạn là lan truyền nhiệt do một nguồn nhỏ tạo ra, bạn cũng có thể sử dụng ống dẫn nhiệt phẳng:

Liên kết liên kết

— peufeu
nguồn

Mặc dù tôi coi trọng ước tính, nhưng tôi có các bộ khuếch tán tại chỗ, cộng với khoảng cách lành mạnh giữa nguồn sáng và đỉnh bàn :)

— Marcus Müller

Chỉnh sửa của bạn vẫn không giải quyết câu hỏi của tôi, xin lỗi.

— Marcus Müller

2

Có Lisa, một công cụ phân tích phần tử hữu hạn miễn phí ít nhất là cho các mô hình có tối đa. khoảng 1000 nút.

Việc mô phỏng rất khó khăn, cần một sự hiểu biết sâu sắc và nó dựa trên các giả định về các điều kiện biên. Thử nghiệm thực sự, nếu an toàn và có thể là tốt hơn. Nếu bạn đã có ứng cử viên dẫn đầu và tản nhiệt, bạn cũng có thể thử nó. Chạy nó ở mức năng lượng đã biết, nhưng an toàn, để nó đạt đến trạng thái cân bằng (= không tăng nhiệt độ có thể đo được nữa) và lưu trữ nhiệt độ cuối cùng đó. Bạn phải có thiết bị thích hợp cho các phép đo. Chênh lệch nhiệt độ giữa đèn led và môi trường xung quanh trực tiếp với công suất tiêu tán. Tất nhiên bạn không thể vào bên trong đèn led cho đến khi bạn sử dụng nó làm cảm biến. Nhà sản xuất có thể cung cấp một số dữ liệu hữu ích về mối quan hệ giữa điện áp, dòng điện và nhiệt độ.

Nhưng yo cũng có thể đo ở biên giới giữa đèn led và tản nhiệt. Chắc chắn có sẵn điện trở nhiệt giữa điểm đó và chất bán dẫn hoặc giới hạn nhiệt độ cho phép được nói trực tiếp dưới dạng nhiệt độ ở đường viền tản nhiệt.

Nếu nhiệt độ của bạn tăng ở mức 10W tức là bằng 1/3 mức tăng cho phép, tối đa bạn có thể có mức tiêu tán = 30W.

Lưu ý rằng trong tủ, nhiệt độ môi trường cũng tăng và phải được đưa vào tài khoản. Một thiết bị sưởi ấm liền kề khác cũng phải được đưa vào tài khoản. Nó làm nóng môi trường xung quanh và cũng tỏa nhiệt. Bạn thấy bây giờ và có lẽ đã biết rằng thiết kế nhiệt là một khu vực đầy thách thức và bẫy.

ĐỊA CHỈ: Vấn đề thật thú vị. Tôi đã chấp nhận rằng việc gắn lên một tấm nhôm sẽ giải quyết vấn đề nhiệt với đèn led. Một số tính toán nhanh chóng cho thấy rằng không có tấm mỏng sẽ đóng đinh nó. Sự tiêu tán khá giống như trong một bộ khuếch đại âm thanh 100W cho một trong 2 bóng bán dẫn đầu ra, vì vậy các tản nhiệt samelike là cần thiết. Hiệu suất của họ bị ảnh hưởng nặng nề nếu bụi làm tắc nghẽn họ. Hãy nhớ hủy bỏ việc vệ sinh thường xuyên như một điều kiện để bảo hành hoặc thực hiện các tản nhiệt quá khổ.

— người dùng287001
nguồn

Không, không có ứng cử viên tản nhiệt nào! Điểm là tôi muốn biết trước khi tôi đặt hàng mét alu. Thực tế, điện trở nhiệt đã được biết, nhưng các giả định tuyến tính (x lần công suất trong -> x lần deltaT cao hơn) dường như bị phá vỡ để phân phối nhiệt trong một khối lượng - hay không? Tôi luôn nghĩ rằng mô hình điện trở nhiệt chỉ được áp dụng trong phạm vi gần.

— Marcus Müller

Điều này chủ yếu là đúng, nhưng đối lưu thụ động do sưởi ấm của tản nhiệt là phi tuyến tính. May mắn là điều này làm việc để lợi thế của bạn. Làm mọi thứ như thể nhiệt độ LED tăng trên thang xung quanh theo tuyến tính với nhiệt độ, và sự đối lưu thêm ở nhiệt độ cao mang lại cho bạn một chút lợi nhuận.

— Olin Lathrop

@ MarcusMüller bình luận viên Olin có nghĩa là nhiệt làm cho không khí lưu chuyển. Điều này ở mức năng lượng thấp có thể khá nhiều tầng và luồng không khí làm giảm tổng trở nhiệt. Cuối cùng ở cấp độ cao, nó sẽ hỗn loạn đến mức hiệu quả của nó sẽ trở nên hầu như không thể đoán trước. Nhưng anh ấy đúng.

— dùng287001

1

@ MarcusMüller không có mâu thuẫn giữa phân bố nhiệt độ không đồng nhất và định luật x lần công suất => x lần delta T. Công thức vẫn áp dụng cho mọi điểm riêng biệt.

— dùng287001

1

@ MarcusMüller Bạn có ý tưởng không mua một đống nhôm cho đến khi bạn biết nó hoạt động tốt. Sau đó lấy một mảnh nhỏ hơn - phần dẫn và thực hiện chạy thử.

— dùng287001

1

Để cho bạn một ý tưởng về những gì bạn đang chống lại với một tản nhiệt thụ động. Cree đã thực hiện một thiết kế tham chiếu để thay thế cho đèn HPS 1000W.

Các vật cố được tạo thành từ bốn "động cơ" . Mỗi động cơ 130 watt là 11,25 "x 7,25" x 2,5 ". Về cơ bản là kích thước của tản nhiệt.

Tản nhiệt được sử dụng là Aavid Black Anodized P / N 62625

Giá ước tính (chỉ dành cho tản nhiệt) $ 450

Đó là 3,46 đô la mỗi watt.

Đối với 64 Watts của bạn sẽ là $ 222.

Chi phí 450 đô la dựa trên A / A Black Anodized P / N 627252 (2,28 "x 9,75" x 55 ")

Và một Aavid 701652 1,78 "x 12" x 48 "là $ 430.

Mỗi động cơ được tạo thành từ 48 đèn LED đẩy 130 Watts .

Bạn sẽ cần một tản nhiệt chỉ bằng một nửa kích thước này. Tản nhiệt này là 11,25 "x 7,25" x 2,28 "

— Hiểu lầm
nguồn

1

Kiểm tra bài viết trên blog 'Cách thiết kế tản nhiệt tấm phẳng' http://www.heatsinkcalculator.com/blog/how-to-design-a-flat-plate-heat-sink/ . Nó cung cấp một lời giải thích chi tiết về cách tính điện trở nhiệt của tấm kim loại được sử dụng làm tản nhiệt. Tôi tin rằng bạn cũng có thể nhận được một bảng tính thực hiện các phép tính nếu bạn cung cấp cho họ địa chỉ email của bạn.

Về cơ bản, bạn cần xác định bức xạ và điện trở đối lưu tự nhiên từ các bề mặt bên ngoài sau đó xác định điện trở nhiệt dẫn. Thêm ba cùng nhau dựa trên các mạch nhiệt được hiển thị dưới đây:

Ở đâu:

Rconv là điện trở đối lưu bên ngoài

Rrad là kháng bức xạ bên ngoài

Rsp là sức đề kháng lan rộng

Rint / Rcont là điện trở tiếp xúc hoặc giao diện

Rth-jc là trường hợp điện trở tiếp giáp của đèn LED

Ts là nhiệt độ bề mặt tản nhiệt

Tj là nhiệt độ tiếp giáp LED

Các phương trình cho Rconv và Rrad khá liên quan và được giải thích chi tiết trong bài viết trên blog.

— Mario
nguồn

-1

Một trình mô phỏng gia vị đơn giản sẽ làm điều này: nó giống như một tụ điện được phóng điện.

— dannyf
nguồn

xin lỗi, tôi không thấy nó Những gì tôi đang hỏi về cơ bản là một cách để lấy các tham số mô hình (ví dụ như điện trở nhiệt) từ các đặc tính hình học và vật liệu của tản nhiệt của tôi. Bạn đang nói "chắc chắn, một bộ phân tích mạng điện tuyến tính sẽ làm điều đó". Tôi sợ đó không phải là trường hợp. Tôi đang tìm kiếm các giá trị để cắm vào một "mạch tương đương", không phải cho mạch.

— Marcus Müller

@ MarcusMüller Lúc đầu, tôi đổ lỗi cho câu trả lời này cho lớp Junkmail trong đầu, nhưng nó có một ý tưởng. Sự phân bố nhiệt độ trong một thanh dài sẽ là một hàm số mũ diminishig. Biến không phải là thời gian mà là khoảng cách từ đèn led. Hằng số thời gian nên được thay thế bằng hằng số chiều dài khuếch tán nhiệt. Thật không may, điều này khá đúng sự thật không phải là một trợ giúp lớn trong giai đoạn này.

— dùng287001