需要永恒的LED? 发现烙铁和锉刀。 或自制的自制照明



曾几何时,当我还在上学的时候,在院子里围困了整整一天,我的叔叔(向我灌输了对电子的兴趣)把一个装满提包的袋子带回家,这个提包是从good工厂的入口进来的。 实际上,他相当定期地将这些袋子带回家,补充了储存在沙发上的用品。 正如您所想像的那样,这把沙发招手招呼,有时在我叔叔不在的情况下,我热情地看着它。 但是这个包里的东西没有落在沙发上,但是落在了我的手中。 我叔叔递给我一包-大约十个-面包板,还有一个全新的未开封的稀缺货箱,当时还不便宜。 而且,LED并不简单:包装盒上没有一个通常的标记AL的东西,而是一个四位数的代码,据我所知,它们是实验性的。 他们很明亮。 与普通的AL307或AL310相比,它们简直令人眼花。乱。 此外,还有很多-50件。

“在哪里使用这笔财富”的想法立刻出现:将LED线连接到其中一个假人-爬了多少个(不是全部都进入了),还有一个用于打印照片的宏伟的红灯发出来,即使在空白点范​​围内,它也绝对不会照亮照片纸。 但是,我立即得知“ LED不会发热”-这是一个谎言,因此我不得不将电流降低一半,从每个LED的10 mA降至5。另外,在成功运行了六个月之后,我还了解到“ LED不会烧坏” “-这也不是真的:装配中的第一个LED熄灭了,结果证明是坏了。 随着时间的流逝,整个灯泡都变得破旧了。

现在,我再次从每根铁杆上听到有关“永恒的” LED灯泡的消息,在过渡到LED灯的不完整年份的家庭中,已经连续烧毁了三分之一。

为什么LED灯泡不能永远持续使用?


是的,因为没有永恒。 LED,另外-薄的东西。 从字面上看。 在其结构中,存在厚度为几纳米的层,这些层形成量子阱。 扩散和电迁移到这些层是无情的-它们侵蚀它们,产生缺陷,逐渐减小光输出并增加发生在微小晶体尺度上的灾难的可能性,顺便说一句,光和热能被释放,该光能和热能的释放量是pn结每立方厘米的比值。只能与核爆炸进行比较(有点夸张,但要自己弄清楚能量密度)。 LED越热,所有这些负面过程就会越快。 正如我们已经知道的那样,他正在升温。 即使有10毫安的电流流过,也会被加热。 更重要的是-当它是一个功能强大的设备时,通过它的电流至少为100 mA,有时甚至是-安培,甚至三安培。 尽管LED具有整个能源效率,但提供给LED的大部分电能仍会发热。 从三分之二到四分之三。

在哪里冷却LED灯泡中的LED? 基本上没有任何地方。 LED本身的设计使其可以被冷却。 晶体被焊接到由铜或高导热陶瓷制成的块状底座上,该底座具有用于焊接到外部散热器的特殊平台,该散热器的作用是带有铝或铜基板的板。 从理论上讲,该基板应通过导热油脂拧入大面积的良好散热器。 最好将其拧紧到LED灯的金属外壳上,该LED外壳的面积完全不足以散发超过几瓦的热量,甚至在封闭的天花板中也是如此。 在最坏的情况下,这种情况通常是塑料的,而来自驱动器和灯泡的热量(尚未散发出来并在肠内散失的热量)仍会进入这种情况。 因此,LED在超过100甚至130°C的温度下油炸。 顺便说一句,不仅是LED,而且还有驱动器,这通常也会发生故障。

怎么办


三分之一。 或者,我们将旧的枝形吊灯留在原处,将灯泡插入其中。 它们的热量减少,寿命更长。 当然,房间会变黑:出于经济和消防安全的考虑,我们将回到枝形吊灯上留有25瓦灯泡的时代,将其留在15瓦节能器的位置,这使黑暗的书房成为了一个黑暗的房间,令人感到愉快。

或者,我们购买新的枝形吊灯,您可以将更多的灯泡拧入其中。 因此,我们将留在明亮的房间里,并(可能)延长灯泡的使用寿命。 仅需使用吊灯,例如灯泡。

最后,第三个选择:我们忘记了“ LED灯”这个噩梦的概念,而将枝形吊灯专门设计的LED灯安装到位。 考虑到光通量的良好使用(对于“悬挂式梨-不能吃”的LED灯,这在设计用于白炽灯的设备中并不总是很好-它们在侧面和向后发光不佳),以及在冷却质量方面。

市场


市场上有这种灯。 但是在大多数情况下,它们首先是昂贵的,其次是可怕的。 这些都是适用于车库,车间,大卖场交易大厅,办公室的工业小物件-但不适用于公寓。 不,既有美丽的灯又有设计师设计的令人印象深刻的灯。 但是-首先,还是价格,其次,冷却是设计的牺牲品。

因此,中国经典的LED煎饼吊灯是将50瓦的LED以环形直径,直径为45厘米,宽度为8厘米的形式坐在铝板上。 你没有鳍的身体,什么也没有。 再一次,董事会几乎处于封闭状态。 好吧,至少驱动程序有点不足。 结论:它将像LED灯泡一样生活。 只有在他死后,才有必要将灯泡换成150卢布,而不必将吊灯换成五到一万卢布。

通常,似乎只有一种出路:熟练的双手。

自制灯:设计


我必须马上说:灯泡不会在LED灯条上并且没有蓝牙。

首先,让我们估算一下我们需要多少光。 这是一个品味问题,但是当房子里有阳光时,我会喜欢它。 在浪漫的环境中,我喜欢每一个亲密的暮光,在特殊的场合,但在平常的生活中,这让我很难过。 可以用各种方法来计算,但是我会利用一个事实,那就是房间还不错,有一个吊灯,每个吊灯有5个节能15瓦的功率,每个都提供950流明。 那对于我们来说5公里流明就足够了。 现在我们转到Cree网站,我们在CXA2530模块上找到数据表。 为什么要精确地放在他们身上? 是的,因为我有几块这样的模块,并且使用起来很方便:只需将导线焊接到它们上,然后使用附加的法兰将模块本身直接安装在散热器上。 而且购买起来很容易-一家知名的中国在线商店可以为您提供帮助。 我现有的T4光束模块,相当于3440-3680 lm的标称光通量。 立即拿走这个数字的20%-它们会在散流器上丢失。 我们得到2750-2950 lm的光通量,并且假定以约30 W的功率获得该光通量,那么我们得到的照明(总计为LED)所需的功率约为50W。 由于我们的房间很长,我们将从中心卸下枝形吊灯,并制作两个相同的25瓦特的灯。

将LED的效率设为25%(相当保守的估计可能更好,但肯定不会更差),我们发现每盏灯释放的热量为18.75W。 我们的任务是为这种散热选择散热器。 这是我们的方法。

我们将从最高晶体温度出发 $ T_j $ = 85°C和环境温度 $ T_a $ = 35°C。 那是 $ \ Delta T = T_j-T_a $ = 50°C。 温差与功率消耗成正比,比例系数称为热阻: $ R = \ frac {\ Delta T} {P} $ ,单位为开尔文(或摄氏度)每瓦。 在我们的情况下,晶体环境的热阻应等于2°C /W。
热阻由什么组成? 它的第一个组成部分是LED外壳本身固有的热阻。 Cree并没有直接在数据表中给出该值,而是提供了一个奇怪的时间表,但是在早期有关新LED阵列发布的杂志中,该值指示为0.8°C / W。

热阻总值的第二个成分是由主体和散热器之间的导热膏层产生的电阻。 作为导热膏,我们将使用导热性好的旧Alsil-3 $ \ lambda $ = 1.7-2 W / m *K。 厚度为50μm且散热表面积为2.8的糊剂层 $ cm ^ 2 $ (在矩阵的辐射面下直径为19 mm的圆的面积),我们得到 $ R = \ frac {h} {\ lambda S} = \ frac {5 \ cdot10 ^ {-5} m} {1.7 W /(m \ cdot K)\ cdot 2.8 \ cdot 10 ^ {- 4} m ^ 2} $ = 0.105°C / W。

因此,我们在散热器上有1.1°C / W。 根据该图,我们选择一个散热器,“撒谎”时要扔掉大约30%的热量,这是因为小矩阵散布的热量以及散热器在空间上的朝向不会最佳。 例如,截面尺寸为176x40 mm且热阻为100 mm长的0.5°C / W的AVM-076型材适合我们。 一段长度为80-100毫米的轮廓足以满足我们的需求。 100毫米是市售的标准件,必须从制造商处订购80毫米(Virtual Mechanics, virtumech.ru ),由于宽度较小,此选项看起来更美观。

仍然需要选择一个驱动程序。 选择的标准是电流和输出电压的工作极限。 在约0.7 A的电流下获得25 W的功率,矩阵上的电压约为35-36V。

建筑施工


在经历了几种灯泡设计方案之后,我决定使用半透明磨砂塑料制成的扩散器,该扩散器具有半圆柱外观。 以最简单的方式获得这种形式-通过将弯曲的板连接到散热器的侧面。 安装方法非常随意-在带有压力板的螺钉上,在胶上-我使用了红色的双面胶带“ Moment”。 作为漫射器,我使用了破碎的LCD显示器的背光散射膜-它具有很好的透光性。 您也可以在激光打印机上覆盖一层研磨膜或其他任何致密的塑料膜。

带有预焊接导线的矩阵通过两个M3螺钉使用完整的法兰安装在散热器的中央(螺母不方便使用,因此您必须使用丝锥)。 在粘接扩散器之前,建议将散热器的无矩阵平面用铝胶带粘上或涂上白色油漆-这样可以减少光损失。



关于导热膏-我想指出,不建议使用深色导热膏:它将使光通量减少10%。 我在两份副本中都很好地注意到了它,其中一份是我用Alsil-3制作的,但是第二份alsil不够用,我使用了Scythe冷却器套件中的浆糊,颜色为深灰色。 用光度计测量时的区别是明显的。 而且,使用比导热率更高的硅铝更昂贵的导热合金是没有道理的:在最坏的情况下,铝硅会下降几度,它们不会适应气候。

组装了第一台灯具(我使用的是奔腾II处理器的散热器,并安装在厨房中,它的功率在15 W左右时稍低),我决定不放一个矩阵,而是将两个矩阵放到室内灯具中,然后“涂抹”在扩散器上聚光,使光线更舒适。 在这种情况下,安装功能较弱的模块(例如CXA1820)会更加合理。 模块并联连接,这不会造成模块之间电流分布不均的不良后果-两种矩阵在眼睛中的发光效果相同。 但以防万一,我拉平了导线的长度。

和我一起安装到天花板上-借助直径2 mm的硬质钢丝制成的摇臂,该摇臂的端部拧入散热器极端散热片的孔中并弯曲。 吊顶上的钩子钩在梁的中央,其长度应使拉伸的吊顶和散热器之间相距几厘米。 驾驶员被隐藏在伸展的天花板后面。 如果将灯具组装到天花板上,则散热器也可能隐藏在天花板上。

散热器表面可以用永久性记号笔涂成黑色,也可以涂一层薄薄的喷雾罐(不需要厚的-隔热层)。 而且你不能画画,他的眼睛也不是特别冷酷。

结果




很轻 在台面高度的灯下-450 lux,在房间中间380 lux。 光线舒适,色彩再现也很不错(尽管在厨房里,这种光线下的生肉看起来像是用蓝莓汁略微着色的)。 经过长时间工作的散热器是温暖的,但不热。 闪烁为零(质量驱动器的优点)。

价格是:每个矩阵550卢布(当然,此后发生了变化),散热器-600卢布,司机-250卢布,这部电影是免费的。 总计-2200 + 1200 + 500 = 3900卢布。 再加上两到三个小时的工作。

Source: https://habr.com/ru/post/zh-CN437420/


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