Érase una vez, cuando todavía estaba en la escuela, y en el patio estaba el final de la perestroika, mi tío (que me había inculcado un interés en la electrónica) trajo a casa una bolsa llevada a través de la entrada de la fábrica del
bien . En realidad, traía esas bolsas a casa con bastante regularidad, reponiendo los suministros almacenados en el sofá. Este sofá, como te puedes imaginar, hizo señas y, a veces, en ausencia de mi tío, lo miré con entusiasmo. Pero algo de esta bolsa no llegó al sofá, pero cayó en mis manos. Mi tío me entregó un paquete, aproximadamente diez, de la placa de pruebas, y una nueva caja de LED sin abrir, escasa y no barata en ese momento. Además, los LED no eran simples: en lugar de la marca habitual AL-algo, había un código de cuatro dígitos en la caja, según tengo entendido, eran experimentales. Y eran brillantes. En comparación con los habituales AL307 o AL310, son simplemente deslumbrantes. Y además, había muchos de ellos: 50 piezas.
La idea de "dónde aplicar esta riqueza" surgió instantáneamente: los LED se conectaron a uno de los maniquíes: cuántos subieron (no todos entraron), y una magnífica lámpara roja para imprimir fotos salió de ellos que absolutamente no iluminó el papel fotográfico, incluso a quemarropa. Sin embargo, aprendí de inmediato que "los LED no se calientan", esto es una mentira, así que tuve que reducir la corriente a la mitad, de 10 mA por LED a 5. Y después de medio año de operación exitosa, también aprendí que "los LED no se queman "- esto tampoco es cierto: el primer LED del conjunto se apagó, resultó estar roto. Y con el tiempo, y la lámpara entera cayó en mal estado.
Y ahora escucho nuevamente de cada plancha sobre bombillas LED "eternas", y en casa por el año incompleto de transición a las lámparas LED, la tercera en una fila ya se ha apagado.
¿Por qué las bombillas LED no duran para siempre?
Sí, porque no hay nada eterno. LED, además, una cosa delgada. Literalmente En su estructura hay capas con un grosor de unos pocos nanómetros, que forman pozos cuánticos. La difusión y la electromigración a tales capas son despiadadas: las erosionan, crean defectos, reducen gradualmente la salida de luz y aumentan la probabilidad de una catástrofe en la escala de un cristal diminuto, en el cual, por cierto, se libera energía lumínica y térmica, cuyo valor específico por centímetro cúbico de la unión pn puede ser solo compare con una explosión nuclear (un poco exagerado, pero calcule la densidad de energía usted mismo). Cuanto más caliente esté el LED, más rápidos serán todos estos procesos negativos. Y él, como ya sabemos, se está calentando. Se calienta incluso cuando una corriente de 10 miliamperios fluye a través de él. Y aún más, cuando es un dispositivo potente, la corriente a través de la cual es de al menos 100 mA, y a veces, y amperios, e incluso tres amperios. Y a pesar de la eficiencia energética total de los LED, una fracción significativa de la electricidad suministrada al LED se calienta. De dos tercios a tres cuartos.
¿Y dónde enfriar los LED en la bombilla LED? Y en ninguna parte, en general. El LED en sí está diseñado para que pueda enfriarse. El cristal se suelda a una base masiva hecha de cobre o cerámica altamente conductora de calor, esta base tiene una plataforma especial para soldar a un disipador de calor externo, en cuya función es una placa con un sustrato de aluminio o cobre. Y este sustrato, en teoría, debe atornillarse con grasa térmica a un buen radiador con un área grande. Y está atornillado en el mejor de los casos a la carcasa metálica de la lámpara LED, cuya área es completamente insuficiente para disipar más de unos pocos vatios de calor, e incluso en un techo cerrado. En el peor de los casos, el caso es generalmente de plástico, y el calor del conductor y de una bombilla que no se ha apagado y se ha perdido en los intestinos todavía entra en este caso. Por lo tanto, los LED se fríen a una temperatura superior a 100, o incluso 130 ° C. Y, por cierto, no solo los LED, sino también un controlador, que a menudo también falla.
Que hacer
Uno de cada tres. O nosotros, dejando el viejo candelabro en su lugar, colocamos bombillas en él. Se calentarán menos y tienen más probabilidades de vivir mucho tiempo. Por supuesto, la habitación se oscurecerá: volveremos a la época en que las bombillas de 25 vatios se dejaron en la lámpara de la economía y la seguridad contra incendios, dejándolas en lugar de ahorradores de energía de quince vatios, que hicieron una habitación oscura de la guarida oscura en la que es agradable estar.
O compramos una nueva lámpara de araña en la que puede atornillar más bombillas. Así que nos quedaremos con una habitación luminosa y obtendremos una vida (posiblemente) más larga de las bombillas. Solo habrá que gastar un candelabro, como una bombilla.
Y, por último, la tercera opción: olvidamos el concepto mismo de "lámpara LED" como una pesadilla y colocamos la lámpara LED especialmente diseñada. Pensado tanto en términos del buen uso del flujo luminoso (para lámparas LED del tipo "pera colgante - no se puede comer", esto no siempre es bueno en dispositivos diseñados para lámparas incandescentes - brillan de lado y hacia atrás de manera deficiente), y en términos de enfriamiento de calidad.
El mercado
Hay tales lámparas en el mercado. Pero en su mayor parte son, en primer lugar, caros y, en segundo lugar, terribles. Estos son artilugios industriales que son apropiados en el garaje, taller, en el piso comercial del hipermercado, en la oficina, finalmente, pero no en el apartamento. No, hay lámparas hermosas y de diseño muy impresionantes. Pero, en primer lugar, nuevamente, el precio y, en segundo lugar, el enfriamiento se sacrificó por el diseño.
Por lo tanto, el clásico candelabro chino de panqueques LED tiene cincuenta vatios de LED colocados en una placa de aluminio en forma de anillo con un diámetro de 45 cm y un ancho de 8 centímetros. Y eso es todo. No tienes un cuerpo con aletas, nada. Y de nuevo, el tablero está en un caso casi totalmente cerrado. Bueno, al menos el conductor está un poco fuera. Veredicto: vivirá como una bombilla LED. Solo cuando muera, no será necesario cambiar una bombilla por 150 rublos, sino una lámpara de araña por cinco a diez mil.
En general, parece haber una salida: manos hábiles.
Lámpara hecha en casa: diseño
Debo decir de inmediato: la lámpara no estará en la tira de LED y sin bluetooth.
Para empezar, calculemos cuánta luz necesitamos. Es una cuestión de gustos, pero me encanta cuando hay luz en la casa. Amo cada crepúsculo íntimo en ocasiones especiales, en un ambiente romántico, pero en la vida ordinaria me pone triste. Se puede contar en todos los sentidos, pero aprovecharé el hecho de que la habitación estaba bien con una lámpara de araña con cinco ahorros de energía de 15 vatios cada uno, cada uno con 950 lúmenes. Es decir, 5 kilolúmenes serán suficientes para nosotros. Ahora vamos al sitio web de Cree, encontramos su hoja de datos en los módulos CXA2530. ¿Por qué exactamente en ellos? Sí, porque tengo varias piezas de dichos módulos, y es conveniente trabajar con ellos: los cables simplemente se sueldan a ellos, y los módulos mismos se montan directamente en el radiador usando la brida adjunta. Y es fácil comprarlos: una conocida tienda en línea china para ayudar. Mis módulos de haz luminoso T4 existentes, esto corresponde a un flujo luminoso nominal de 3440-3680 lm. Elimine inmediatamente el 20% de esta cifra; se perderán en el difusor. Obtenemos el flujo luminoso de 2750-2950 lm, y dado que este flujo se obtiene con una potencia de aproximadamente 30 W, obtenemos la potencia requerida para la iluminación (sumada a los LED) de aproximadamente 50 W. Como nuestra habitación es larga, retiraremos la lámpara del centro y haremos dos lámparas idénticas de 25 vatios cada una.
Tomando la eficiencia de los LED al 25% (una estimación bastante conservadora es probablemente mejor, pero ciertamente no peor), descubrimos que se liberan 18.75 W de calor en cada lámpara. Y nuestra tarea es elegir un radiador para esta disipación de calor. Así es como lo hacemos.
Procederemos de la temperatura máxima del cristal
= 85 ° C y temperatura ambiente
= 35 ° C. Eso es
= 50 ° C. La diferencia de temperatura es proporcional a la potencia disipada, y el coeficiente de proporcionalidad se llama resistencia térmica:
, y se mide en grados Kelvin (o grados Celsius) por vatio. En nuestro caso, la resistencia térmica del entorno cristalino debe ser igual a 2 ° C / W.
¿En qué consiste la resistencia térmica? Su primer componente es la resistencia térmica inherente a la carcasa del LED. Cree no da este valor directamente en la hoja de datos, ofreciendo usar un horario extraño, pero en publicaciones anteriores en revistas sobre el lanzamiento de nuevas matrices de LED, se indicó el valor de 0.8 ° C / W.
El segundo componente del valor total de la resistencia térmica es la resistencia creada por la capa de pasta térmica entre el cuerpo y el radiador. Como pasta térmica, tomaremos el viejo Alsil-3, con conductividad térmica.
= 1.7-2 W / m * K. Con una capa de pasta con un espesor de 50 μm y una superficie de disipación de calor de 2.8
(área de un círculo con un diámetro de 19 mm debajo de la superficie radiante de la matriz) obtenemos
= 0.105 ° C / W.
Entonces, tenemos 1.1 ° C / W en el radiador. En base a esta figura, elegimos un radiador, arrojando alrededor del 30 por ciento "en una mentira", en la propagación del calor de una matriz pequeña y en el hecho de que el radiador no estará orientado de manera óptima en el espacio. Por ejemplo, un perfil AVM-076 con un tamaño de sección de 176x40 mm y una resistencia térmica de una pieza con una longitud de 100 mm 0.5 ° C / W es adecuado para nosotros. Una pieza de este perfil con una longitud de 80-100 mm es suficiente para nosotros. 100 mm son piezas estándar que están disponibles comercialmente, 80 deben solicitarse al fabricante (Mecánica virtual,
virtumech.ru ), esta opción parece algo más estética debido al menor ancho.
Queda por elegir un conductor. Los criterios para su selección son la corriente y los límites operativos de la tensión de salida. Se obtiene una potencia de 25 W a una corriente de aproximadamente 0.7 A, el voltaje en la matriz será de aproximadamente 35-36 V.
Construcción
Después de pasar por varias opciones para el diseño de la lámpara, me decidí por un difusor hecho de plástico mate translúcido, que tiene la apariencia de un semicilindro. Esta forma se obtiene de la manera más simple: uniendo una placa curva a los lados del radiador. El método de montaje es bastante arbitrario: en tornillos con placas de presión, en pegamento, utilicé la cinta roja de doble cara "Momento". Como difusor, utilicé una película de dispersión de la luz de fondo de un monitor LCD roto: tiene una transmisión de luz muy buena. También puede cubrirse con una película abrasiva para imprimir en una impresora láser o cualquier otra película plástica densa.
La matriz con cables pre-soldados se instala utilizando la brida completa en el centro del radiador con dos tornillos M3 (las tuercas son incómodas de usar, por lo que debe trabajar con un grifo). Antes de pegar el difusor, se recomienda que la superficie plana sin matriz del radiador se pegue con cinta de aluminio o se pinte con pintura blanca, esto reducirá la pérdida de luz.
Con respecto a la pasta térmica: me gustaría señalar que no se recomienda el uso de pasta térmica oscura: reducirá el flujo luminoso en un 10 por ciento. Lo noté bien en dos copias, una de las cuales hice con Alsil-3, pero la segunda no fue suficiente y utilicé la pasta del kit Scythe cooler, que tenía un color gris oscuro. La diferencia al medir con un medidor de luz es obvia. Además, no tiene sentido utilizar aleaciones térmicas más caras que las de alsil con mayor conductividad térmica: en el peor de los casos, un par de grados caen sobre alsil, no harán el tiempo.
Después de ensamblar la primera luminaria (en la que utilicé un radiador del procesador Pentium II y que se instaló en la cocina, tiene una potencia ligeramente inferior en la región de 15 W), decidí colocar no una matriz, sino dos en las luminarias de la habitación, "manchó" reflejó la luz en el difusor y la hizo más cómoda. En este caso, sería más razonable instalar módulos menos potentes, por ejemplo, CXA1820. Los módulos están conectados en paralelo, esto no causó consecuencias indeseables en la forma de una distribución desigual de corriente entre ellos: ambas matrices brillan igualmente en el ojo. Pero por si acaso, nivelé la longitud de los cables conductores.
Montaje en el techo conmigo, con la ayuda de un balancín de alambre rígido de acero con un diámetro de 2 mm, cuyos extremos se enroscan en los orificios de las aletas extremas del radiador y se doblan. Un gancho unido al techo está enganchado al centro de la viga, de tal longitud que hay un par de centímetros entre el techo tensado y el radiador. El conductor está escondido detrás de un techo tensado. Si las lámparas estuvieran hechas hasta el techo, los radiadores también podrían estar ocultos en él.
La superficie del radiador se puede pintar de negro con un marcador permanente o una capa delgada de lata de aerosol (no es necesario el espesor - aislamiento térmico). Y no se puede pintar, sus ojos no son particularmente insensibles.
Resultados
Es luz Debajo de las lámparas a la altura de la encimera: 450 lux, en el medio de la habitación, 380 lux. La luz es cómoda, la reproducción del color es bastante (aunque en la cocina resultó que la carne cruda bajo esta luz parece estar ligeramente teñida con jugo de arándano). Los radiadores después de muchas horas de trabajo están calientes, pero no calientes. El parpadeo es cero (mérito de los controladores de calidad).
Y a precios: las matrices cuestan 550 rublos cada una (el curso ha cambiado, por supuesto), radiadores - 600 rublos, conductores - 250 rublos, la película fue gratis. Total - 2200 + 1200 + 500 = 3900 rublos. Más dos o tres horas de trabajo.