Форум «светодиоды и светодиодное освещение»

Здравствуйте, хотелось узнать,  что за загадочные охлаждающие модули используются для охлаждения светодиодов высокой мощности (10 Вт), и что в трубках???

На картинке не совсем понятно, что изображено. Если возможно, дайте ссылку на первоисточник.
Если там используются теплоотводные трубки, то внутренняя их поверхность выстлана материалом с высокими капиллярными свойствами и залита легкоиспаряющаяся жидкость (какой-нибудь эфир).

В приложенном файле каталог продукции тайваньской компании основанный на одном принципе охлаждения, на указанных ранее штуковинах,большой модельный ряд, полный цикл производства светодиодов высокой мощности, там можно примерно увидеть этапы производства. Там все хорошо видно. ССЫЛКА http://files.mail.ru/RYHZZO. Есть мысли как сделать подобный высокоэффективный отвод тепла? 
   

http://files.mail.ru/RYHZZO

Вот в этом качестве все видно. Старый добрый медный теплопровод и ребристый радиатор.
одножильный медный провод (максимально доступное сечение - 25 мм2), отдираешь от изоляции, лудишь от коррозии и припаиваешь к латунному или медному радиаторы. Для двух последних операций понадобится паяльник на 300…500 Вт и мазь от ожогов…
Самом распространенном – естественной конвекции.
Вопрос: о каких трубках шла речь в первом посте?

как раз об этом медном проводе я иговорил, т.е. это может как то положительно сказаться на охлаждении простой провод?   

А ты проведи эксперимент: возьми толстый медный провод в одну руку, а в другую разогретый паяльник. Прикоснись паяльником до провода, и, удерживая паяльник прижатым к проводу засеки время, когда ты с криком уронишь провод на пол. (Автор не несет ответственности за проведение кем-либо данного эксперимента, равно как и за возможны последствия).
А если серьезно, то роль провода в данной системе – ТЕПЛОПРОВОД. Тепло по нему передается от светодиода к радиатору, на самом проводе рассеивание тепла относительно небольшое, поэтому его надо делать как можно короче.

Ахахаха  ;D, и вправду обжигает, тайваньцы просекли фишку, и запатентовали как свое изобретение, неужели сложно изготавливать подобные штуки, они оценивают очень дорого свой супер радиатор.

А что если прибабашить ;D вот такие охлаждающие устройтсва http://www.3dnews.ru/cooling/coolers-0507/к чипу, желательно без пропеллера, чтобы увеличить долговечость, помоему они очень неплохо отводят тепло,и на базе какой-нибудь модели смастерить мощный светильник. Красота то какая получится!

Запатентовать то, что медный штырь можно использовать как теплопровод невозможно по определению. Патент выдан на что-то другое...
Просто класс! Но габариты светильника будут весьма специфические... И я бы не спешил выкидывать вентилятор, случаи, они разные бывают  ;)
Это точно!  ;D
Так в чем же дело? Смастери.

Касательно модулей вверху: NeoPac Lighting, тайваньский производитель светодиодных систем освещения объявил о создании мощного светодиодного источника света со встроенным эффективным радиатором. NeoBulb (рис.1) является “plug-and-play” устройством, содержащим мощный светодиодный источник небольшого диаметра, драйверы, оптику и эффективный теплоотвод. Основной проблемой при создании подобных устройств является отвод тепла, поскольку повышение температуры перехода светодиода уменьшает его светоотдачу, приводит к изменению цвета свечения и уменьшает его срок службы. Эффективный отвод тепла дает возможность компенсировать эти неприятные явления. В NeoBulb тепло эффективно отводится от перехода светодиода с помощью тепловых микротрубок, и затем рассеивается несколькими кольцевыми ребрами, окружающими эти тепловые трубки. Кристаллы установлены непосредственно на тепловые микротрубки, что позволяет избежать множество тепловых переходов, часто встречаемых в мощных светодиодных изделиях. Джеффри Чен, президент NeoPac, рассказал журналу LEDs Magazine, что тепловая проводимость оребренных тепловых микротрубок, изготовленных из меди, в 100 раз выше, чем просто медь, которая иногда используется как проводник тепла в мощных светодиодных сборках. Конфигурация NeoBulb Light Engine приводит к очень низкому Rj-a (тепловое сопротивление от перехода к окружающей среде). Для тепловой трубки длиной 80 мм с ребром диаметром 20 мм Rj-a = 12,0. Увеличение длины трубки до 110 мм приводит к уменьшению Rj-a до 9,9 , увеличение диаметра ребра до 30 мм дает Rj-a = 6,6 (при длине трубки 110 мм). Эти числа получаются при использовании естественной конвекции и могут быть улучшены с использованием принудительной конвекции (с применением обдува). Мощные световые источники Neopac достиг очень впечатляющих результатов при создании источника света с тепловой трубкой длиной 66 мм и ребрами диаметром 30 мм. Корпус светодиода имеет диаметр 5,5 мм (площадь 0,24 см2), но может рассеять 5 Вт от кристалла площадью 1 мм2 и удерживать температуру перехода в пределах 103°C. Безопасный предел для мощного светодиода обычно указывается как 120°C. NeoPac предполагает, что подобная технология способна рассеивать до 30 Вт при естественной конвекции и 60 Вт для принудительной. Рассеиваемая мощность 5Вт с кристалла площадью 1мм2 соответствует тепловыделению 500 Вт/см2, что в 10 раз превышает количество тепла, производимое обычным чипом микропроцессора. Джеффри Чен уверен, что светодиодные кристаллы не способны работать при такой огромной плотности мощности, даже несмотря на использование наиболее передовых технологий корпусирования светодиодных кристаллов. Новый подход к корпусированию Разработки NeoPac Lighting позволили создать самый яркий в мире точечный источник света, используя современную технологию производства светодиодных кристаллов малой площади. На платформе могут быть размещены чипы (кристаллы) от различных производителей. Такой подход обеспечивает высокую эффективность отвода тепла, поскольку группа кристаллов (первый уровень) непосредственно объединены в сборку с теплоотводом (второй уровень). Следовательно, такую конструкцию можно описать как единую систему ("system in package"). “В процессе создания NeoBulb было зарегистрировано 14 международных патентов, от корпусирования кристалла светодиода до уровня светильника. Мы уверены, что технология NeoBulb будет лучшим решением для ускорения внедрения светодиодов в общее освещение”- говорит Джеффри Чен.

Цифры хорошие, но не восхитительные, а если учесть, вероятно не слабую, цену, то вообще не очень. Предлагаемые габариты l=80, d=20; l=100, d=30; хороши только для фонариков, под них, очевидно и разрабатывалось…
Соответственно, если у них то там не медный штырь, а , но влияние теплопроводности материала в статье очень сильно завышена. Для меди теплопроводность составляет 400 Вт/м*К, то есть, чтобы получить разницу в 1 К, при толщине 1 м, потребуется мощность 400 Вт. В случае штыря, естественно, все будет зависеть от его сечения, достаточно ли оно для «покачивания» необходимой мощности. Отвод тепла в атмосферу вообще зависит от формы и площади ребер, а теплопроводность материала должна обеспечивать только равномерность подвода тепла к плоскостям. Все их дополнительные меры нужны только если , а не проще снизить плотность тока?
В общем, одни маркетинговые ходы...

P.S. Радиатор HS 184, алюминий, 41х50х30, при монтаже мощного светодиода (2,5 Вт рассеиваемая мощность, 9 К/Вт внутреннее тепловое сопротивление светодиода) через двухслойный стеклотекстолит толщиной 0,5 мм, 64 глухих металлизированных отверстий, монтаж через теплопроводную пасту. Итоговая Rj-a = 12,2...

Потерял нить... О чем-то непонятном и большОм (по габаритам и теплоемкости) идет речь. Может дождемся таки 200-300 лм/вт светодиодов? 150 лм/вт уже в лаборатории (пока не могу предоставить всем образцы, но скоро...)  ;)   

Обсуждаем технологически сложную и навороченную систему охлаждения, с хорошими параметрами, позволяющую увеличить плотность тока через кристалл. Только вот, по сути, она является интегрируемой в светодиод, а из-за своих габаритов применима только в фонариках.
Этой радостной новости мы ждем от Вас! ;)

Можно понять желание производителей выпустить мощные и компактные светодиодные источники света. Но все-таки путь создания эффективных систем охлаждения не является перспективным, на мой взгляд.
Во-первых, деградация светодиода связана не только с температурой, но и, собственно, с плотностью тока, а также технологией формирования кристалла. Например, электромиграция в участках под p-контактом может приводить к образованию проводящих каналов,  шунтирующих p-n-гетероструктуру светодиода.
Во-вторых, применение дорогостоящих технологий по отводу тепла приводит к резкому увеличению показателя доллар/люмен. А это ограничивает область  использования светодиодных ламп.
В-третьих, скорость, с которой растет эффективность светодиодов, позволяет надеяться на использование мощных светодиодов в освещении без применения сложных и дорогостоящих систем охлаждения уже в ближайшие 2 года. 

Понятно, думаю вот не сильно дорогая система охлаждения, http://www.laminalighting.com/ProductsandSolutions/ProductsandSolutions/Accessories/HeatSinks.aspx (http://www.laminalighting.com/ProductsandSolutions/ProductsandSolutions/Accessories/HeatSinks.aspx) под соответсвующие модули 30 - 50 ватт между прочим! Для условий работы в незакрытом корпусе выходит дастаточно?
Кстати говоря используется система далеко не в фонариках, в тут файле весь спектр продукции http://files.mail.ru/YIIUNA (http://files.mail.ru/YIIUNA) на базе этой концепции. Правда насчет текстолита не понял, если не трудно обьясните чуть подробнее. Стал замечать появляющиеся компании производящие на чипах cree светильники уличные и бытовые и т.д. заявляющие солидные характеристики, однако охлаждение там самый обычный радиатор и все вот например http://www.ledsvet.ru/index.php?area=1&p=static&page=products2 (http://www.ledsvet.ru/index.php?area=1&p=static&page=products2) . Но хочется понять для себя, возможно ли использовать хорошо продуманное пассивное охлаждение для того чтобы обеспечить правильные условия чипа без значительного уменьшения срока работы.

а вот комментарий их инженера касательно выпускаемой продукции компании ооо "КТЛ" и их систем охлаждения (загадочных тепловых трубок)
Иисус говорит: Термического сопротивления очень высока. И Узел температура будет очень высокой. (касательно 1w светодиода)
[19:08:23] Иисус говорит: Согласно LRC (облегченный научно-исследовательский центр в Нью-Йорк) доклад: светодиоды жизнь будет сократить до 50% за каждый 10 добавленных градусов цельсия.
[19:08:50] Иисус говорит: Тоже жизнь будет весьма зависит от плотности тока.
[19:10:01] Иисус говорит: Тепло henerated внутри излучателя (PN слой) не просто за выдержку и будет накоплен в эмиттер. Так что делать Tj очень высок и поэтому жизнь коротка.
[19:10:53] Arter говорит: понимаю
[19:11:10] Иисус говорит: Вот почему у нас есть своя дизайн Emitetr (NeoPac-Lighting Эмитент), а микро-тепловой трубы (NeoPac-Lighting тепловой модуль) сделать очень низким Tj в эмиттер.
[19:11:40] Иисус говорит: На самом деле я не бизнесмен, я люблю технологии, как вы.
[19:12:19] Иисус говорит: да, то почему нам удалось в конструкции крепления светодиодов на основе наших NeoPac-Lighting технологию.
[19:13:10] Иисус говорит: Хотя это немного дороже, но она стоит, поскольку добиться реального от применения светодиодов в целом освещение.
[19:13:39] Иисус говорит: Otehrwise жизнь будет короткий, а также легких outpur будет небольшой из-за высокой Tj.
[19:13:55] Иисус говорит: Насколько мне известно ... для вашей ссылки.
[19:14:56] Иисус говорит: Мы будем иметь 1000 лм на эмитента в самое ближайшее время. Конечно, это эмитента должен быть использован с нашей тепловой решение, otehrwise эмитента будут сожжены в.
Наши сопротивления (эмитента) является <o.5C.
Извините за кривой переводчик

Под 30...50 Вт единые модули? Нет, иначе кристаллы будут работать в предельном температурном режиме. Под 30...40 Вт набранных из 3 Вт светодиодов - да.
Светодиод монтируется на тонкую п/п, пронизанную в районе встроенного теплоотвода металлизированными переходными отверстиями. Вся эта конструкция, служащая для подвода питания к светодиоду, устанавливается на радиатор. Это самая дешевая из технологий с рядом существенных недостатков, тем не менее, светодиоды до 2,5 Вт в ограниченном количестве работают без проблем.
Если хорошо продуманное, то возможно!  ;D

Это общий подход к проектированию тепловой нагрузки для полупроводниковых проборов, известный еще годов с 70х...
Сроки службы для, к примеру, сеульских светодиодов, если поддерживать температуру их кристаллов на уровне +25, прогнозируются порядка 300...350 тыс часов, в документации 100 тыс часов. Почему? По тому, что срок службы приводят при рабочей (рекомендованной, а не максимальной) температуре уже с учетом данного фактора.
Тепловая емкость для 1...3Вт светодиодов добавит не так и много, это актуально для сверхмощных сборок.
;D ;D ;D Не бизнесмен! ;D ;D ;D
Осталось только понять, сколько ватт он будет кушать?
(Ссылка, как я понял, это про 200-300 лм/Вт?)

подробный коменнтарий на русском http://www.e-neon.ru/pages/id/82]http://www.e-neon.ru/pages/id/82

Тааак, а теперь считаем: Заявленая добавочная температура 45⁰С, температура окружающего воздуха +25⁰С. Другими словами, в условиях умеренного климата (до +40⁰С) и без корпуса, ресурс окажется "хуже" заявленного на "15⁰С" или вот во столько вот раз...
При применение в автомобильных фарах Та как минимум до 85⁰С, "превышение" будет 60⁰С, т.е. ресурс в 64 раза ниже, световой поток снизится раз в 6, если вообще кристаллы не сгорят при Tj > +130⁰С  ;D
Говорю же - брешут, иначе бы уже везде анонсы гремели о тотальной замене лампочек в фарах. С прожекторами ситуация аналогичная...
Вот ведь неймется людям, сначала сами себе ставят задачи, потом их решают, а затем пытаются убедить весь мир, что без их "продукта" (с посредственными, не смотря на оригинальность и цену, характеристиками) ну ни как теперь обойтись нельзя...
А сами-то не горят желанием продавать конечный продукт, хотя монополистами стали бы ;)

значит трубки экономически не совсем хорошо? Как насчет ресурса принудительного охлаждения может можно долгий и не дорогой вентилятор для например мощной сборки.

ваше мнение какой мощности лучше использовать чипы и как продумать охлаждение для уличного светильника мощностью примерно 100 ватт, если в приоритете долговечная желательно очень система.

В итоге все упратся в то, на каком расстоянии друг от друга расположены кристаллы. Если не сжимать все в микросборку, то и с вентилятором (у них заявленный ресурс до 80000 часов бывает) можно, можно и без него, за счет габаритов и массы... А трубки свою нишу займут, в не бытовых фонариках им цены нет.

Денежные вопросы пошли ;D
В общем случае, все зависит от габаритов и корпуса. Со светодиодами мощностью более 5 Вт долговечность сразу встает под большой вопрос. Охлаждение - только естественная конвекция, а то: сдох вентилятор - сработала защита - фонарь погас - произошло ДТП.
В частном - после заключения соответствующего договора на разработку  ;)

----------
А всё же можно ли надеяться, что использования одного радиатора (с хорошим термическим сопротивлением, т.е. малым) будет достаточно для охлаждения:
а) 10-ваттного светодиода,
б) трех, дающих в сумме 41 Вт
при работе в закрытом корпусе, без вентиляторов?
Есть подозрение, что без движения воздуха даже самый хороший радиатор будет бесполезен...
(удалось найти радиатор, дающий 0,3 градуса/Ватт, если опустить вопрос о стоимости)

"достаточно" - это, конечно, расплывчатое понятие...
Но вопрос, если переформулировать, таков:
Есть пассивный радиатор (железка со штырями) и активный (другая железка с вентилятором).
Оба дают 0,3 гр/Вт
При работе в закрытом корпусе (можно одну стенку корпуса сделать из листа металла...) они действительно равнозначны
или же
для пассивного радиатора нужен открытый воздух?

Для обоих нужен открытый воздух. Когда Вы считаете температуру кристалла на основе суммарного теплового сопротивления, Вы вводите температуру воздуха как константу, это допустимо только для "открытого воздуха", т.е. полное отсутствие корпуса. Для корпуса, если он же не является радиатором, температура воздуха это переменная, имеющая свой максимум при каждых конкретных внешних условиях, и подставлять желательно значение максимума для худших условий.
Стенка из металла способствует небольшому снижению температуры внутри корпуса, но только небольшому. Если есть возможность, замените одну из стенок на полноценный радиатор и закрепите все на нем. Если такой возможности нет, используйте радиатор с вентилятором (он тоже пассивный, но с принудительной конвекцией, активный, это когда может охладить до температуры ниже окружающей среды), вентилятор поможет максимально использовать теплоемкость воздуха внутри корпуса, что приведет к небольшому снижению температуры. Конечно, если тепло, рассеиваемое самим вентилятором, не окажется больше ожидаемого эффекта  ;D.

Вообще, основная проблема это не тепловое сопротивление радиатора, а тепловое сопротивление кристалл-корпус, сравните 0,3 и 10 ⁰/Вт и корпус-радиатор, сравните 0,3 и 2...15 ⁰/Вт ;)

ну вот...
кстати, а давайте тогда обсудим способы минимизации термосопротивления светодиод-радиатор )
Почему-то считается, что термопаста должна быть с большим термосопротивлением. Такую трудно найти.
А изолятор (если у светодиода подошва - анод) - с малым.
Ну и MCPCB, если есть, тоже с минимальным.
Вот Вы какие используете? )))))
Я попозже могу изложить те варианты, что пока удалось найти, но это - не варианты...

Да не считается, просто они все с большим термосопротивлением, равно как и изолирующие подложки, низкое тепловое сопротивление и емкость свойственны только металом, а паста и подложка должны быть диэлектриками (очень хочу ошибаться в этом вопросе  ;D). Ответ на вопрос что использовать очень простой: при прочих равных, паста обеспечит лучший тепловой контакт, подложка большую долговечность. Если источник питания низковольтовый, изолирующих свойств пасты вполне достаточно. Поэтому, если предпологаемое время использования (от момента сборки вне зависимости от часов работы) не больше 2...3 лет, то паста, если больше, то подложка.
Тепловое сопротивление корпус-обратная сторона ALPCB может достигать 20 ⁰/Вт, само по себе присутствие алюминия на печатной плате еще ни о чем не говорит... Вопрос в том, каким именно методом осуществляется переход тепла от светодиода к металлическому основанию.
Что такое ALPCB? заготовка представляет из себя бутерброд медь/стеклотекстолит/препрег/алюминий. Отсюда и варианты монтажа светодиода:
1. Тепловой контакт просто прижимается к луженой меди (самый любимый китайцами способ, не покупайте китайские звездочки!)
2. Пайка на медь. (способ для добросовестных китайцев)
3. Компаунд на медь(увеличивается площадь теплового контакта, но тепловое сопротивление стеклотекстолита и препрега остаются).
4. Компаунд на алюминий (фрезеруется полость под основанием светодиода, минимальное тепловое сопротивление, максимальные затраты).
Недостаток ALPCB - высокая цена, достоинства - изоляция, возможно (см. выше), хороший теплоотвод, простота позиционирования и монтажа на радиатор.
Еще есть вариант монтажа через тонкую двухслойную п.п. с множественными пропаянными переходными отверстиями. Если при пропаивании не возникнет каверн, то Вы получите самый хороший теплоотвод из возможных, НО останутся все остальные проблемы: изоляция, позиционирование, жесткий монтаж к радиатору.

Кстати, а зачем 10 Вт модули? Уних низкая светоотдача по определению, производители лукавят объявляя световые потоки модулей - при реально достижимой температуре кристалла +90...100 ⁰, световой поток значительно меньше  :(, и это после решения достаточно сложных задач.
ИМХО лучше, если позволяют габариты (а не позволяют они, обычно, только в фонариках), набрать светодиодами средней, а то и малой мощности. Часто получается не только проще, но и значительно дешевле...

P.S. Юбилейное, сотое сообщение  ;D

А как оценить температуру кристалла светодиода, измеряя температуру теплоотвода?
Конкретно: есть термопара, которую можно приложить, например, к алюминиевой подложке типа "star" в непосредственной близости от светодиода или в одно из отверстий подложки, смазать термопару термопастой для лучшего теплового контакта и т.п.
Вопрос: как на основе показаний такой термопары оценить температуру кристалла? Или: какая температура алюминиевой подложки допустима для нормальной работы светодиода?

Ответ: температура кристалла = замеренная температура основания + 2...5 градусов к тому, что Вы сможете замерить термопарой + (потребляемая светодиодом мощность - мощность излучаемая в виде света)*тепловое сопротивление "кристалл-основание".
Все просто!



Вопрос не имеет однозначного ответа. Что за светодиод? Какая подложка? Как светодиод на нее посажен? Какая задача должна выполняться?

Valeras
базовые вещи нужно знать, тем более что это не секрет никакой:
Thermal Management

Вот! www.amradio.ru/radio_book/mrb/0801-0900/mrb0817.djvu

Еще! www.electrosad.ru/Ohlajd/Ti.htm