Расчет температурного режима работы светодиодов

Аспекты светодиодного света в теории

Расчет температурного режима работы светодиодов

Сообщение Sergey_Dip » 20 сен 2013, 05:19

Перелопатил кучу литературы по расчету тепловых пакетов полупроводниковых прибор, причем методики значительно разнятся как и результаты. Однако, в каждом "источнике"/методики есть куча недостатков, и самый незначительный из них - трудоемкость )))), а дальше больше - волшебно возникающие формулы и преобразования (как будто читают и пользуются исключительно профессионалы термодинамик ))))), плавающие коэффициенты и постоянные ... да много чего.
Вот и решил я попытать счастья в пакетах конечно-элементного анализа, т.е решить термическую задачу ...
Для примера взял радиаторный профиль БПО-1905 26*42*250 мм, с эффективным периметром 284.6 мм, алюминиевый сплав - АД31 (с полным комплектом физ-мех свойств). Светодиоды китайские - P001F13W-10B2C2 фмрмы Hongli, 10 Вт ...
Поставил следующие условия: охлаждение воздушное не принудительно, кристалл выделяет 10 Вт по всей поверхности, поверхность кристалла круглая (я не стал заморачиваться, хоть светик и четырехкристальный), светик контактирует с радиатором через тонкий слой термопасты, + задал темп. воздуха на уровне 25 C, да разные температуры радиатора да светика - 20 и 23 C. Т.к. реальный кристалл полностью собран на массивном металлическом основании основании, через токопроводящие лепестки, я принял единый материал для всей конструкции светика - алюминиевый сплав, типа АЛ2 ... Расстояние между светиками 80 мм, от края по 40 мм ...
В общем все учел и вот такие результаты получились, жаль что нет пирометра проверить адекватность расчета на готовой модели ...

Интересно обсудить, кто как рассчитывает, какими программами пользуется и т.п. ...
Вложения
График1.jpg
График изменения температуры во времени
Общий.jpg
Поперечное сечение.jpg
Продольное сечение.jpg
Sergey_Dip
Фонарик
Фонарик
 
Сообщений: 11
Зарегистрирован: 16 авг 2013, 22:40
Благодарил (а): 0 раз.
Поблагодарили: 0 раз.

Re: Расчет температурного режима работы светодиодов

Сообщение изобретатель » 20 сен 2013, 07:53

Исследование супер! Но никуда не годится, не учтена мощность, ушедшая со светом. Десятиваттный и любой светодиод никогда не выделяет подведенную мощность в виде тепла, процент оного зависит от КПД светодиода и может отличаться в разы.
Нет ничего невозможного, если хорошо подумать
http://led-str.ru
Аватар пользователя
изобретатель
Scio me nihil scire
Scio me nihil scire
 
Сообщений: 8038
Зарегистрирован: 01 сен 2010, 10:36
Откуда: Стерлитамак
Благодарил (а): 92 раз.
Поблагодарили: 416 раз.

Re: Расчет температурного режима работы светодиодов

Сообщение newlighter » 20 сен 2013, 07:57

А если радиатор перевернуть? В таком положении "ребра вниз" радиаторы теряют эффективность.
newlighter
Светодиод
Светодиод
 
Сообщений: 203
Зарегистрирован: 25 фев 2011, 23:44
Благодарил (а): 6 раз.
Поблагодарили: 15 раз.

Re: Расчет температурного режима работы светодиодов

Сообщение Proizvoditel » 20 сен 2013, 08:04

Спасибо за поднятую тему, проще и быстрее собрать опытный образец, предварительно можно прикинуть в программе CREE. Все равно цифры вещь лукавая. Опять же из практики для корпусов типа XP желательно, чтобы температура на подложке не превышала 60 - 65 град, что соответствует 70 - 75 град на кристалле.
что на светодиод подашь, то и получишь
Proizvoditel
Scio me nihil scire
Scio me nihil scire
 
Сообщений: 2586
Зарегистрирован: 15 ноя 2011, 01:25
Откуда: Москва
Благодарил (а): 103 раз.
Поблагодарили: 177 раз.

Re: Расчет температурного режима работы светодиодов

Сообщение Sergey_Dip » 20 сен 2013, 19:09

изобретатель писал(а):Исследование супер! Но никуда не годится, не учтена мощность, ушедшая со светом. Десятиваттный и любой светодиод никогда не выделяет подведенную мощность в виде тепла, процент оного зависит от КПД светодиода и может отличаться в разы.


Согласен !!! Это то что вечерком за 1-1,5 накидал, так сказать перед сном ...
Составить адекватную модель для подобной тепловой задачи, да еще и под конкретный случай дело не из легких. Во-первых сразу столкнулся с трудностями задания начальных условий т.к. большая часть "тепловых" параметров компонентов - не известна, либо чтоб их найти пришлось конкретно пошарить по закромам )))) Во-вторых: если рассматривать светодиод как многокомпонентное тело с кучей связей, непростых неопределенностей становится еще больше ))) - поначалу хотел создать подобную модель (рис. 1), потом поглядел литературку и решил "немного" упростить т.к. тепловая задача выглядит страшно :mrgreen:

Моделировал в Simulation к SolidWorks ...
Вложения
WLED_inside.png
Рис. 1 - Схема конструкции белого светодиода. MPCB — печатная плата с высокой тепловой проводимостью, ну или радиатор )))
Sergey_Dip
Фонарик
Фонарик
 
Сообщений: 11
Зарегистрирован: 16 авг 2013, 22:40
Благодарил (а): 0 раз.
Поблагодарили: 0 раз.

Re: Расчет температурного режима работы светодиодов

Сообщение Sergey_Dip » 21 сен 2013, 00:47

Кстати, может на выходных попробую помоделировать в Flowworks с учетом динамики потока газа, т.е. конвекции с учетом перепада температур и перемещения нагретого газа ... Я думаю результаты будут разниться со статикой ...
Sergey_Dip
Фонарик
Фонарик
 
Сообщений: 11
Зарегистрирован: 16 авг 2013, 22:40
Благодарил (а): 0 раз.
Поблагодарили: 0 раз.

Re: Расчет температурного режима работы светодиодов

Сообщение kulibin » 21 сен 2013, 02:05

Вы не курсовую, случаем, пишете ? ;)
Не спрашивай Россию - что она для тебя сделала. Спроси себя - что ты сделал для нее.
Аватар пользователя
kulibin
Scio me nihil scire
Scio me nihil scire
 
Сообщений: 19238
Зарегистрирован: 18 дек 2009, 03:34
Откуда: Барнаул
Благодарил (а): 60 раз.
Поблагодарили: 1053 раз.

Re: Расчет температурного режима работы светодиодов

Сообщение dgezva » 21 сен 2013, 03:20

kulibin писал(а):Вы не курсовую, случаем, пишете ? ;)

Я тоже сначала хотел в таком же духе ухмыльнуться, типа - тут на форуме столько практиков, проведших сотни экспериментов в натуре.
А потом подумал - но теория все-равно должна быть, и должна быть правильной.

ТС,
отставь пока в сторону конвекцию, это действительно - наука от лукавого.
Покажи, плс, расчеты растекания тепла по пластине (толщина - 0.5, 1, 1.5, 2 мм) для разных мощностей - 0.2, 0.5, 1 ватт.
Растекания - т.е. до того момента, пока конвекция еще не начала работать.
Аватар пользователя
dgezva
Scio me nihil scire
Scio me nihil scire
 
Сообщений: 3592
Зарегистрирован: 03 окт 2011, 11:24
Откуда: Владивосток-Николаев-Одесса-Aachen
Благодарил (а): 74 раз.
Поблагодарили: 169 раз.

Re: Расчет температурного режима работы светодиодов

Сообщение Sergey_Dip » 21 сен 2013, 16:37

kulibin писал(а):Вы не курсовую, случаем, пишете ? ;)

Да что Вы ... ;) я уже давно свое отписал ... 8-) Ищущий ум так сказать ... ::D

Сегодня попробую ... без конвекции, ну задача будет по времени не из простых, придется моделировать динамику в шаговой интерполяции

кстати вот накидал сегодня: светик - HL-AF-5051D27W-LVR2-S (0,5Вт)
Модель для светика более сложная - корпус керамика , с термическими характеристиками зависящими от температуры, взял подобный материал, т.к. для пластмасс тяжело найти подобные данные ))) + в этом светике есть металлические площадки связанные с кристаллом ...
Модель платы/подложки - композит из двух материалов ... Для стеклотекстолита еле нашел нужные характеристики ...
Вложения
01.JPG
Модель светик на фольгированном стеклотекстолите, фольга - 0,035мм, стеклотекстолит - 0,8 мм
02.JPG
Модель светик на фольгированном алюминии, фольга - 0,035мм, алюминий - 1 мм
Sergey_Dip
Фонарик
Фонарик
 
Сообщений: 11
Зарегистрирован: 16 авг 2013, 22:40
Благодарил (а): 0 раз.
Поблагодарили: 0 раз.

Re: Расчет температурного режима работы светодиодов

Сообщение Светочъ » 21 сен 2013, 16:54

Вы взяли диод с охлаждением через ножки, лучше использовать диоды с непосредственным охлаждением типа 2835, 5630 или 59R, 5152R от LG, думаю результат будет несколько иным :cry: У вас: в этом светике есть металлические площадки связанные с кристаллом ..." но через ножки :?
http://www.newener.ru
Skype: logvlad2
newener(собака)yandex.ru
Аватар пользователя
Светочъ
Scio me nihil scire
Scio me nihil scire
 
Сообщений: 5703
Зарегистрирован: 12 янв 2011, 23:01
Откуда: Липецк
Благодарил (а): 141 раз.
Поблагодарили: 195 раз.

Re: Расчет температурного режима работы светодиодов

Сообщение Sergey_Dip » 21 сен 2013, 17:13

Вот сегодня утром платку под расчетик накидал, тем более нужен герметичный светик для гаража )))), потом как-нибудь доделаю корпус и охлаждение .... 43beer
Хотел сначала круглый сделать для соответствия модели - но времени в обрез .... :?
В связи с тем, что по прежнему дело измерение температурных параметров обстоит туго :| Решил пойти "дубовым" путем ... нашел мультиметр с термопарой, простенький китайский, температуру на воде показал 101-102,5 ::D
Температуру на светодиоде показал 57-59 С, что с учетом эпоксидной заливки кристалла и неполного контакта термопары может вылиться в температуру 60-65 С на кристалле ...

Все нужно покупать пирометр, вот недельку-другую помаюсь и куплю какой нибудь приличный агрегат )))))

Светодиоды питал от "конденсаторной" схемы, ток по замеру - средний 0,1 А, от 0,95 до 0,102 А ... Диоды припаяны по всем поверхностям (включая и подложку под кристаллом), пользовался термопастой ...
Вложения
03.jpg
Вот такая кривая плата получилась из-за спешки ..., но ничего в гараже с "пивком потянет"
Sergey_Dip
Фонарик
Фонарик
 
Сообщений: 11
Зарегистрирован: 16 авг 2013, 22:40
Благодарил (а): 0 раз.
Поблагодарили: 0 раз.

Re: Расчет температурного режима работы светодиодов

Сообщение Sergey_Dip » 21 сен 2013, 17:19

Но было у меня полсотни штук HL-AF-5051D27W-LVR2-S, так сказать пришлось модель под то, что есть подгонять ::D
А чем они не с прямым контактом ???
Вложения
04.jpg
http://www.kosmodrom.com.ua/pdf/1415.pdf
Sergey_Dip
Фонарик
Фонарик
 
Сообщений: 11
Зарегистрирован: 16 авг 2013, 22:40
Благодарил (а): 0 раз.
Поблагодарили: 0 раз.

Re: Расчет температурного режима работы светодиодов

Сообщение изобретатель » 21 сен 2013, 17:22

Пирометр не поможет, слишком широкий охват, покажет некую среднюю температуру с некоторой площади, причем при наличии металлических поверхностей еще присуммирует отраженку.
Нет ничего невозможного, если хорошо подумать
http://led-str.ru
Аватар пользователя
изобретатель
Scio me nihil scire
Scio me nihil scire
 
Сообщений: 8038
Зарегистрирован: 01 сен 2010, 10:36
Откуда: Стерлитамак
Благодарил (а): 92 раз.
Поблагодарили: 416 раз.

Re: Расчет температурного режима работы светодиодов

Сообщение Светочъ » 21 сен 2013, 17:31

Sergey_Dip писал(а):Но было у меня полсотни штук HL-AF-5051D27W-LVR2-S, так сказать пришлось модель под то, что есть подгонять ::D
А чем они не с прямым контактом ???


это диоды довольно древние и на них нет прямого контакта с термопадом увы
http://www.newener.ru
Skype: logvlad2
newener(собака)yandex.ru
Аватар пользователя
Светочъ
Scio me nihil scire
Scio me nihil scire
 
Сообщений: 5703
Зарегистрирован: 12 янв 2011, 23:01
Откуда: Липецк
Благодарил (а): 141 раз.
Поблагодарили: 195 раз.

Re: Расчет температурного режима работы светодиодов

Сообщение Sergey_Dip » 21 сен 2013, 21:55

изобретатель писал(а):Пирометр не поможет, слишком широкий охват, покажет некую среднюю температуру с некоторой площади, причем при наличии металлических поверхностей еще присуммирует отраженку.


есть мысли насчет прямого измерения температуры ????

Согласен у пирометра большое пятно визирования (от 3 мм), да и приборы с независимым фокусным расстоянием не дешевы )))) . Ну все равно, пирометр помимо как для измерения тем. светиком мне еще много где нужен ))))
Sergey_Dip
Фонарик
Фонарик
 
Сообщений: 11
Зарегистрирован: 16 авг 2013, 22:40
Благодарил (а): 0 раз.
Поблагодарили: 0 раз.

След.

Вернуться в Теоретические аспекты использования светодиодов

Кто сейчас на форуме

Зарегистрированные пользователи: Bing [Bot], BVlad, Conroe, Corroner, Светочъ, dua3, Google [Bot], Google Feedfetcher, kentik, mailru, MasterGroup154, Meredian, Reneo, skal, tio, vovansk, Zadnitca, Тимур З, Яндексбот