Охлаждение светодиодного модуля с помощью различных теплоотводов
Приведены результаты экспериментального сравнения тепловых характеристик трех теплоотводов: штампованного из алюминиевого листа (базовый вариант), на основе медно-водяной пульсационной тепловой трубы и на основе медного проволочного радиатора, с помощью которых охлаждался светодиодный модуль мощност...
Збережено в:
| Дата: | 2015 |
|---|---|
| Автори: | , , , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Russian |
| Опубліковано: |
Інститут фізики напівпровідників імені В.Є. Лашкарьова НАН України
2015
|
| Назва видання: | Технология и конструирование в электронной аппаратуре |
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/100563 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Охлаждение светодиодного модуля с помощью различных теплоотводов / А.Н. Наумова, Ю.Е. Николаенко, В.Ю. Кравец, В.М. Сорокин, А.С. Олейник // Технология и конструирование в электронной аппаратуре. — 2015. — № 5-6. — С. 35-40. — Бібліогр.: 21 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
irk-123456789-100563 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
irk-123456789-1005632016-05-24T03:02:10Z Охлаждение светодиодного модуля с помощью различных теплоотводов Наумова, А.Н. Николаенко, Ю.Е. Кравец, В.Ю. Сорокин, В.М. Олейник, А.С. Обеспечение тепловых режимов Приведены результаты экспериментального сравнения тепловых характеристик трех теплоотводов: штампованного из алюминиевого листа (базовый вариант), на основе медно-водяной пульсационной тепловой трубы и на основе медного проволочного радиатора, с помощью которых охлаждался светодиодный модуль мощностью 10,55 Вт. Установлено, что все исследованные теплоотводы обеспечивают температуру не выше 64°С в местах установки светодиодов в условиях естественной конвекции, при этом использование медного проволочного радиатора позволяет снизить температуру в центре печатной платы модуля на 3,9°С по сравнению с базовым вариантом, а использование теплоотвода на основе пульсационной тепловой трубы — на 7,1°С. Наведено результати експериментального порівняння теплових характеристик трьох тепловідводів: штампованого з алюмінієвого листа (базовий варіант), на основі мідно-водяної пульсаційної теплової труби та на основі мідного дротового радіатора, за допомогою яких відводилося тепло від світлодіодного модуля потужністю 10,55 Вт. Встановлено, що в умовах природної конвекції всі три тепловідводи забезпечують рівень температури світлодіодного модуля в місцях установки світлодіодів, що не перевищує 64°С. Використання мідного дротового радіатора дозволяє в порівнянні з базовим варіантом знизити температуру в центрі друкованої плати модуля на 3,9°С, а використання тепловідводу на основі пульсаційної теплової труби — на 7,1°С. Given article presents the results of an experimental comparison of three radiators which are: pressed radiator made of aluminum plate (basic variant), radiator made of copper wire, and copper/water pulsating heat pipe. The radiators are intended to take off heat from the LED module with the power capacity of 10,55 W. It is established that under natural convection all three radiators can keep temperature level of the circuit board module less than 64 C that lies within the operating range. In comparison with basic variant the use of the copper wire radiator allows lowering of the temperature in the LED module center on 3.9 C, and the same value for the pulsating heat pipe is 7.1 C. 2015 Article Охлаждение светодиодного модуля с помощью различных теплоотводов / А.Н. Наумова, Ю.Е. Николаенко, В.Ю. Кравец, В.М. Сорокин, А.С. Олейник // Технология и конструирование в электронной аппаратуре. — 2015. — № 5-6. — С. 35-40. — Бібліогр.: 21 назв. — рос. 2225-5818 DOI: 10.15222/TKEA2015.5-6.35 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/100563 536.248.2; 628.941.8 ru Технология и конструирование в электронной аппаратуре Інститут фізики напівпровідників імені В.Є. Лашкарьова НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Russian |
| topic |
Обеспечение тепловых режимов Обеспечение тепловых режимов |
| spellingShingle |
Обеспечение тепловых режимов Обеспечение тепловых режимов Наумова, А.Н. Николаенко, Ю.Е. Кравец, В.Ю. Сорокин, В.М. Олейник, А.С. Охлаждение светодиодного модуля с помощью различных теплоотводов Технология и конструирование в электронной аппаратуре |
| description |
Приведены результаты экспериментального сравнения тепловых характеристик трех теплоотводов: штампованного из алюминиевого листа (базовый вариант), на основе медно-водяной пульсационной тепловой трубы и на основе медного проволочного радиатора, с помощью которых охлаждался светодиодный модуль мощностью 10,55 Вт. Установлено, что все исследованные теплоотводы обеспечивают температуру не выше 64°С в местах установки светодиодов в условиях естественной конвекции, при этом использование медного проволочного радиатора позволяет снизить температуру в центре печатной платы модуля на 3,9°С по сравнению с базовым вариантом, а использование теплоотвода на основе пульсационной тепловой трубы — на 7,1°С. |
| format |
Article |
| author |
Наумова, А.Н. Николаенко, Ю.Е. Кравец, В.Ю. Сорокин, В.М. Олейник, А.С. |
| author_facet |
Наумова, А.Н. Николаенко, Ю.Е. Кравец, В.Ю. Сорокин, В.М. Олейник, А.С. |
| author_sort |
Наумова, А.Н. |
| title |
Охлаждение светодиодного модуля с помощью различных теплоотводов |
| title_short |
Охлаждение светодиодного модуля с помощью различных теплоотводов |
| title_full |
Охлаждение светодиодного модуля с помощью различных теплоотводов |
| title_fullStr |
Охлаждение светодиодного модуля с помощью различных теплоотводов |
| title_full_unstemmed |
Охлаждение светодиодного модуля с помощью различных теплоотводов |
| title_sort |
охлаждение светодиодного модуля с помощью различных теплоотводов |
| publisher |
Інститут фізики напівпровідників імені В.Є. Лашкарьова НАН України |
| publishDate |
2015 |
| topic_facet |
Обеспечение тепловых режимов |
| url |
http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/100563 |
| citation_txt |
Охлаждение светодиодного модуля с помощью различных теплоотводов / А.Н. Наумова, Ю.Е. Николаенко, В.Ю. Кравец, В.М. Сорокин, А.С. Олейник // Технология и конструирование в электронной аппаратуре. — 2015. — № 5-6. — С. 35-40. — Бібліогр.: 21 назв. — рос. |
| series |
Технология и конструирование в электронной аппаратуре |
| work_keys_str_mv |
AT naumovaan ohlaždeniesvetodiodnogomodulâspomoŝʹûrazličnyhteplootvodov AT nikolaenkoûe ohlaždeniesvetodiodnogomodulâspomoŝʹûrazličnyhteplootvodov AT kravecvû ohlaždeniesvetodiodnogomodulâspomoŝʹûrazličnyhteplootvodov AT sorokinvm ohlaždeniesvetodiodnogomodulâspomoŝʹûrazličnyhteplootvodov AT olejnikas ohlaždeniesvetodiodnogomodulâspomoŝʹûrazličnyhteplootvodov |
| first_indexed |
2025-07-07T09:01:16Z |
| last_indexed |
2025-07-07T09:01:16Z |
| _version_ |
1836978146307473408 |
| fulltext |
Òåõíîëîãèÿ è êîíñòðóèðîâàíèå â ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðå, 2015, ¹ 5–6
35
ÎáåñïåЧåíèå òåïëÎâûõ ðåæèìÎâ
ISSN 2225-5818
ÓÄÊ 536.248.2; 628.941.8
А. Н. НАУМОВА1, д. т. н. Ю. Е. НИКОЛАЕНКО1, к. т. н. В. Ю. КРАВЕЦ1,
чл.-корр. НАНУ, д. т. н. В. М. СОРОКИН2, А. С. ОЛЕЙНИК2
Óêðàèíà, ã. Êèåâ. 1НТУУ «Киевский политехнический институт»,
2Иíñòèòóò фèзèêè ïîëóïðîâîдíèêîâ èм. В. Е. Лàшêàðёâà НАНÓ
E-mail: yunikola@ukr.net, nirtef@kpi.ua
ОХЛАЖÄЕНИЕ СВЕÒОÄИОÄНОГО МОÄÓЛЯ
С ПОМОЩЬЮ РАЗЛИЧНЫХ ÒЕПЛООÒВОÄОВ
Сòðåмèòåëьíîå ðàзâèòèå òåõíîëîãèé â îбëàñòè
светодиодных источников света привело к значи-
òåëьíîмó ðàñшèðåíèю ñфåðы ïðèмåíåíèÿ ñâåòî-
диодов: от простых световых индикаторов до све-
тодиодных ламп прямой замены и мощных осве-
òèòåëьíыõ ïðèбîðîâ ñàмîãî ðàзëèчíîãî íàзíàчå-
íèÿ. Сâåòîдèîдíыå èñòîчíèêè ñâåòà îòëèчàюò-
ñÿ âыñîêîé ñâåòîâîé îòдàчåé (120—150 Лм/Вò
ïðîòèâ 10—15 Лм/Вò ó ëàмï íàêàëèâàíèÿ), íèз-
êèм ïîòðåбëåíèåм ýëåêòðîýíåðãèè, мàëîé чóâ-
ñòâèòåëьíîñòью ê íèзêîé òåмïåðàòóðå è àãðåñ-
ñèâíîé îêðóжàющåé ñðåдå, ýêîëîãèчíîñòью,
âыñîêîé ñòåïåíью óïðàâëÿåмîñòè ïàðàмåòðàмè
îñâåщåíèÿ. Вñå ýòî дåëàåò èõ ïðèâëåêàòåëьíы-
мè дëÿ ðåшåíèÿ îдíîé èз âàжíåéшèõ ïðîбëåм
ñîâðåмåííîé ñâåòîòåõíèêè — ïðîбëåмы ýíåð-
ãîñбåðåжåíèÿ [1, 2]. Ê дîñòîèíñòâàм ñâåòîдèî-
дîâ ñòîèò îòíåñòè òàêжå âыñîêóю мåõàíèчåñêóю
ïðîчíîñòь, дëèòåëьíыé ñðîê ñëóжбы, íå зàâè-
ñÿщèé îò êîëèчåñòâà цèêëîâ âêëючåíèÿ è âы-
êëючåíèÿ (ñâышå 30 òыñ. ч ïðîòèâ 1 òыñ. ч дëÿ
ëàмï íàêàëèâàíèÿ), бåзîïàñíîñòь èñïîëьзîâà-
íèÿ è мàëóю èíåðцèîííîñòь (мãíîâåííîå âêëю-
чåíèå ïî ñðàâíåíèю ñ ëюмèíåñцåíòíîé ëàмïîé,
âðåмÿ âêëючåíèÿ êîòîðîé ñîñòàâëÿåò îò 1 ñ дî
1 мèí ïëюñ íåñêîëьêî мèíóò íà ñòàбèëèзàцèю
ÿðêîñòè). В òî жå âðåмÿ, ñâåòîдèîды íå ëèшå-
ны и недостатков, основным из которых явля-
åòñÿ èõ âыñîêàÿ ñòîèмîñòь. Пîмèмî ýòîãî, ñâå-
òîдèîды îчåíь чóâñòâèòåëьíы ê âîздåéñòâèю
âыñîêîé òåмïåðàòóðы: дëèòåëьíîå фóíêцèîíè-
ðîâàíèå ïðè âыñîêîé òåмïåðàòóðå è/èëè íåдî-
статочно эффективный отвод выделяемой тепло-
ты приводят к деградации полупроводникового
кристалла светодиода, что негативно сказыва-
Приведены результаты экспериментального сравнения тепловых характеристик трех теплоотво-
дов: штампованного из алюминиевого листа (базовый вариант), на основе медно-водяной пульсаци-
онной тепловой трубы и на основе медного проволочного радиатора, с помощью которых охлаждал-
ся светодиодный модуль мощностью 10,55 Вт. Установлено, что все исследованные теплоотводы
обеспечивают температуру не выше 64°С в местах установки светодиодов в условиях естествен-
ной конвекции, при этом использование медного проволочного радиатора позволяет снизить темпе-
ратуру в центре печатной платы модуля на 3,9°С по сравнению с базовым вариантом, а использо-
вание теплоотвода на основе пульсационной тепловой трубы — на 7,1°С.
Ключевые слова: светодиодный модуль, теплоотвод, радиатор, пульсационная тепловая труба,
температура.
åòñÿ íà ñðîêå ñëóжбы, ñâåòîâыõ õàðàêòåðèñòè-
êàõ è цâåòîâыõ ïàðàмåòðàõ óñòðîéñòâà [3—5].
Вî âðåмÿ ðàбîòы ñâåòîдèîдà îêîëî 75% ïî-
òðåбëÿåмîé ýëåêòðîýíåðãèè âыдåëÿåòñÿ â âèдå
òåïëîòы, чòî ïðèâîдèò ê åãî íàãðåâó. В ñâÿзè ñ
ýòèм îбåñïåчåíèå зàдàííîãî òåïëîâîãî ðåжèмà
ÿâëÿåòñÿ îдíîé èз îñíîâíыõ ïðîбëåм ïðè ðàз-
ðàбîòêå ñâåòîдèîдíыõ îñâåòèòåëьíыõ ïðèбîðîâ,
à êàчåñòâî òåïëîîòâîдà ÿâëÿåòñÿ êëючåâым фàê-
òîðîм, îïðåдåëÿющèм îñíîâíыå õàðàêòåðèñòèêè
ñâåòîдèîдîâ è îñâåòèòåëьíîãî ïðèбîðà â цåëîм.
Êàê ïðàâèëî, â îñâåòèòåëьíыõ ïðèбîðàõ ñâå-
òîдèîды èñïîëьзóюòñÿ â ñîñòàâå ñâåòîдèîдíыõ
модулей (ñДì). Изâåñòíы ðàзëèчíыå ñïîñî-
бы îòâîдà òåïëîòы îò СÄМ: îò òðàдèцèîííî-
ãî èñïîëьзîâàíèÿ êîíдóêòèâíыõ òåïëîîòâîдîâ
è îðåбðåíèÿ ýëåмåíòîâ êîðïóñà ïðèбîðà ñ îò-
водом теплоты естественной или вынужден-
íîé êîíâåêцèåé âîздóõà [6—9] дî èñïîëьзî-
âàíèÿ òåðмîýëåêòðèчåñêèõ îõëàдèòåëåé [10],
жèдêîñòíîãî îõëàждåíèÿ [11—13], òåïëîâыõ
òðóб [14—16]. Пðè ýòîм â êàждîм êîíêðåòíîм
ñëóчàå âàжíî ïîдîбðàòь òàêóю êîíñòðóêцèю
òåïëîîòâîдà, êîòîðàÿ бы мàêñèмàëьíî ýффåê-
òèâíî ñïðàâëÿëàñь ñ зàдàчåé îõëàждåíèÿ СÄМ
è íå ñíèжàëà цåíîâóю êîíêóðåíòîñïîñîбíîñòь
îñâåòèòåëьíîãî ïðèбîðà. Из óêàзàííыõ ñèñòåм
òåïëîîòâîдà ñàмымè дåшåâымè ÿâëÿюòñÿ îðå-
бðåííыå ïîâåðõíîñòè (ðåбðèñòыå è ïðîâîëîч-
íыå ðàдèàòîðы). Вмåñòå ñ òåм, îíè è мåíåå ýф-
фективны, чем, например, жидкостное охлаж-
дåíèå. Пðèâëåêàòåëьíым âыãëÿдèò èñïîëьзîâà-
íèå ïóëьñàцèîííыõ òåïëîâыõ òðóб (ïòò), îò-
ëèчàющèõñÿ дîñòàòîчíî âыñîêèмè òåïëîïåðå-
дàющèмè õàðàêòåðèñòèêàмè ïðè ïðîñòîòå êîí-
DOI: 10.15222/TKEA2015.5-6.35
Òåõíîëîãèÿ è êîíñòðóèðîâàíèå â ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðå, 2015, ¹ 5–6
36
ÎáåñïåЧåíèå òåïëÎâûõ ðåæèìÎâ
ISSN 2225-5818
струкции (не содержат капиллярно-пористой
ñòðóêòóðы) [17, 18].
В дàííîм èññëåдîâàíèè быëî ïðîâåдåíî
ýêñïåðèмåíòàëьíîå ñðàâíåíèå ýффåêòèâíîñòè
îõëàждåíèÿ ñâåòîдèîдíîãî мîдóëÿ ñ ïîмîщью
òðåõ íàèбîëåå дåшåâыõ òåïëîîòâîдîâ: шòàмïî-
âàííîãî àëюмèíèåâîãî ðàдèàòîðà, òåïëîîòâîдà
íà îñíîâå ïóëьñàцèîííîé òåïëîâîé òðóбы è òå-
плоотвода на основе медного проволочного ра-
дèàòîðà.
Конструкция теплоотводов,
экспериментальная установка и методика
исследований
В êàчåñòâå îбъåêòà îõëàждåíèÿ, èñïîëьзîâàí-
íîãî âî âñåõ ýêñïåðèмåíòàõ, быë âыбðàí ñâåòî-
дèîдíыé мîдóëь, ïðåдñòàâëÿющèé ñîбîé òåïëî-
ïðîâîдíîå îñíîâàíèå â âèдå ïëîñêîé àëюмèíèå-
вой печатной платы диаметром 52 мм с распаян-
ными на ней 30 светодиодами в корпусах 2835
(рис. 1). Сâåòîдèîды ýëåêòðèчåñêè ñîåдèíåíы
â дâå ïàðàëëåëьíыå цåïîчêè ïî 15 âêëючåííыõ
ïîñëåдîâàòåëьíî ñâåòîдèîдîâ â êàждîé è ïîд-
êëючåíы ê îбщåмó дðàéâåðó ïèòàíèÿ. Пðè ýòîм,
ïîòðåбëÿåмàÿ âñåмè ñâåòîдèîдàмè мîщíîñòь ñî-
ñòàâèëà 10,55 Вò (èзмåðåííыå зíàчåíèÿ òîêà è
íàïðÿжåíèÿ íà âõîдå СÄМ ñîñòàâèëè 120 мА è
87,9 В ñîîòâåòñòâåííî).
Äëÿ îõëàждåíèÿ СÄМ èñïîëьзîâàëîñь òðè
конструктивных варианта теплоотводов (рис. 2):
1) Рàдèàòîð ñëîжíîé фîðмы (ñм. ðèñ. 2, а),
èзãîòîâëåííыé шòàмïîâêîé èз àëюмèíèåâîãî
листа толщиной 0,5 мм, диаметром 150 мм, с
ðàдèàëьíî-ãîфðèðîâàííымè ðåбðàмè ñ îбщåé ïëî-
щàдью òåïëîîòдàющåé ïîâåðõíîñòè 306•10–4 м2,
èзãîòîâëåííыé â НПФ «Гàзîòðîí-ëàéò» (бàзî-
âыé âàðèàíò);
2) Пóëьñàцèîííàÿ òåïëîâàÿ òðóбà (ïòò) [19]
ñ 24 ïåòëÿмè âыñîòîé 40 мм, èзãîòîâëåííàÿ èз
мåдíîé òðóбêè ñ íàðóжíым è âíóòðåííèм дèà-
мåòðàмè 2 è 1 мм ñîîòâåòñòâåííî. Óчàñòêè зîíы
íàãðåâà (ЗН) зàïàÿíы â мåдíîå îñíîâàíèå ðàз-
мером 50×50×3 мм. Выñîòà óчàñòêîâ зîíы êîí-
дåíñàцèè — 39 мм, îбщàÿ ïëîщàдь òåïëîîòдàю-
щåé ïîâåðõíîñòè — 143•10–4 м2. В êàчåñòâå òå-
ïëîíîñèòåëÿ èñïîëьзóåòñÿ âîдà (ñм. ðèñ. 2, б);
3) Пðîâîëîчíыé ðàдèàòîð (ñм. ðèñ. 2, в), âы-
ïîëíåííыé èз мåдíîé ïðîâîëîêè дèàмåòðîм 2 мм.
Еãî ãåîмåòðèÿ ñîâïàдàåò ñ ãåîмåòðèåé ПÒÒ, ïî-
ýòîмó ïëîщàдь òåïëîîòдàющåé ïîâåðõíîñòè òà-
êàÿ жå (143•10–4 м2).
Для исследования тепловых характеристик
òåïëîîòâîдîâ быëà ñîбðàíà ýêñïåðèмåíòàëьíàÿ
установка, структурная схема которой приведена
на рис. 3. Оñíîâíым ðàбîчèм óчàñòêîм óñòàíîâ-
êè ÿâëÿëñÿ ñâåòîдèîдíыé мîдóëь 1, на котором
ïîîчåðåдíî ñ ïîмîщью дâóõ âèíòîâ М3
зàêðåïëÿëèñь èññëåдóåмыå òåïëîîòâîдÿ-
щие конструкции 2. С цåëью мèíèмèзà-
ции термического сопротивления между
СÄМ è òåïëîîòâîдîм íà êîíòàêòèðóющèå
ïîâåðõíîñòè быë íàíåñåí ñëîé òåïëîïðî-
âîдíîé ïàñòы ÊПÒ-8. Òåмïåðàòóðíîå ïîëå
òåïëîîòâîдîâ è СÄМ èзмåðÿëîñь ñ ïîмî-
щью êîмïьюòåðèзèðîâàííîé èзмåðèòåëь-
ной системы на основе аналого-цифрового
ïðåîбðàзîâàòåëÿ 3 è ñîîòâåòñòâóющåãî
программного продукта, которые позво-
ëÿюò ïðåîбðàзîâыâàòь àíàëîãîâыå зíàчå-
ния сигналов термопар в цифровые зна-
чåíèÿ òåмïåðàòóðы è îòîбðàжàòь èõ íà
ýêðàíå мîíèòîðà ïåðñîíàëьíîãî êîмïью-
тера 4 в виде графиков зависимости тем-
ïåðàòóðы îò âðåмåíè è â âèдå òàбëèцы â
фîðмàòå Exel.
Äëÿ èзмåðåíèé èñïîëьзîâàëèñь òàðè-
ðîâàííыå мåдь-êîíñòàíòàíîâыå òåðмîïà-
ðы ñ дèàмåòðîм ýëåêòðîдîâ 0,2 è 0,16 мм
ñîîòâåòñòâåííî. Êðåïëåíèå òåðмîïàð ê
òâåðдым ïîâåðõíîñòÿм ïðîèзâîдèëîñь ñ
ïîмîщью êëåéêîé àëюмèíèåâîé фîëь-
ãè è ïàéêè. Иõ ñïàè ðàзмåщàëèñь â ïÿòè
Рèñ. 1. Вíåшíèé âèд ñâåòîдèîдíîãî мîдóëÿ
Рèñ. 2. Вíåшíèé âèд òåïëîîòâîдîâ:
а — шòàмïîâàííыé àëюмèíèåâыé ðàдèàòîð (ïîêàзàíы мåñòà
óñòàíîâè òåðмîïàð); б — теплоотвод на основе медно-водяной
ПÒÒ; в — ðàдèàòîð èз мåдíîé ïðîâîëîêè; г — схема размеще-
íèÿ òåðмîïàð íà ПÒÒ è ïðîâîëîчíîм ðàдèàòîðå
à)
ã)
б)
â)
7
6
8
3
5
4
9
1
7
8
6
2
4
5
Òåõíîëîãèÿ è êîíñòðóèðîâàíèå â ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðå, 2015, ¹ 5–6
37
ÎáåñïåЧåíèå òåïëÎâûõ ðåæèìÎâ
ISSN 2225-5818
характерных тепловых зонах, а именно: I — в
цåíòðå ïåчàòíîé ïëàòы СÄМ; II — мåждó ñâåòî-
дèîдàмè íà ïîâåðõíîñòè ïåчàòíîé ïëàòы СÄМ;
III — ó îñíîâàíèÿ ðåбåð шòàмïîâàííîãî ðàдèà-
òîðà èëè ó îñíîâàíèÿ ïåòåëь ПÒÒ è ïðîâîëîчíî-
ãî ðàдèàòîðà; IV — íà êðàéíåé чàñòè ðåбåð èëè
ïåòåëь òåïëîîòâîдîâ; V — â îêðóжàющåм âîз-
дóõå. Нîмåðà òåðмîïàð, óñòàíîâëåííыõ â ýòèõ
зîíàõ, ïðèâåдåíы â òàбëèцå.
Как видно из таблицы, термопары с одним и
òåм жå íîмåðîм ðàзмåщàëèñь ïðè èññëåдîâàíèè
ðàзíыõ òåïëîîòâîдîâ â ðàзíыõ òåïëîâыõ зîíàõ.
Òàê, òåðмîïàðà Ò9 ïðè èññëåдîâàíèè àëюмèíè-
åâîãî шòàмïîâàíîãî ðàдèàòîðà ðàзмåщàëàñь íå
â îêðóжàющåм âîздóõå (òåïëîâàÿ зîíà V), à íà
ïåðèфåðèéíîé чàñòè ðàдèàòîðà (зîíà ІV), êàê
è òåðмîïàðà Ò6, чòî õîðîшî âèдíî íà ðèñ. 2, а.
Температура воздуха в этом случае измеря-
ëàñь íå òåðмîïàðîé, à ðòóòíым òåðмîмåòðîм è
íà ýêðàí мîíèòîðà åå зíàчåíèÿ íå âыâîдèëèñь.
В дâóõ дðóãèõ ñëóчàÿõ ñïàé òåðмîïàðы Ò9 быë
ðàзмåщåí â îêðóжàющåм âîздóõå (зîíà V), è åå
ïîêàзàíèÿ чåðåз АЦП âыâîдèëèñь íà ПÊ è îòî-
бðàжàëèñь íà ýêðàíå мîíèòîðà.
Äëÿ èмèòàцèè ðåàëьíыõ óñëîâèé ýêñïëóàòà-
цèè îñâåòèòåëьíîãî ïðèбîðà СÄМ ñ ïðèêðåïëåí-
ным теплоотводом располагался в пространстве
òàê, чòîбы ñâîåé ñâåòîèзëóчàющåé ïîâåðõíîñòью
ñâåòîдèîды быëè íàïðàâëåíы âíèз, à òåïëîîò-
âîд íàõîдèëñÿ ñâåðõó СÄМ. Пðè òàêîм ðàñïî-
ëîжåíèè зîíà íàãðåâà ПÒÒ íàõîдèëàñь íèжå
зîíы êîíдåíñàцèè.
Мåòîдèêà ïðîâåдåíèÿ ýêñïåðèмåíòîâ зàêëю-
чàëàñь â ñëåдóющåм. Пîñëå ñбîðêè СÄМ ñ ñî-
îòâåòñòâóющèм òåïëîîòâîдîм è óñòàíîâêè òåð-
мîïàð ýòà êîíñòðóêцèÿ êðåïèëàñь íà шòàòè-
âå. Зàòåм СÄМ чåðåз èñòîчíèê ïèòàíèÿ (дðàé-
âåð) ïîдêëючàëàñь ê ýëåêòðèчåñêîé ñåòè 220 В.
Оõëàждåíèå СÄМ ñ òåïëîîòâîдîм îñóщåñòâëÿ-
ëîñь ñ ïîмîщью åñòåñòâåííîé êîíâåêцèè îêðó-
жàющåãî âîздóõà. О òåмïåðàòóðíîм ïîëå âñåé
системы охлаждения судили по показаниям тер-
мîïàð Ò1...Ò9, êîòîðыå â ðåàëьíîм âðåмåíè âы-
âîдèëèñь чåðåз АЦП íà мîíèòîð ПÊ. Пî ïîêà-
заниям термопар следили за выходом системы
охлаждения в стационарный тепловой режим,
ïîñëå чåãî ñíèмàëè ïîêàзàíèÿ òåðмîïàð. Фàéë
ñ ïîëóчåííымè ðåзóëьòàòàмè зàïèñыâàëñÿ â ïà-
мÿòь ПÊ. Зàòåм СÄМ îòêëючàëñÿ îò ñåòè ïèòà-
íèÿ, è àíàëîãèчíыå ýêñïåðèмåíòы ïîâòîðÿëèñь
ñ дðóãèм òåïëîîòâîдîм.
ðезультаты экспериментов и их обсуждение
В ðåзóëьòàòå ïðîâåдåíèÿ ýêñïåðèмåíòîâ быëè
ïîëóчåíы зàâèñèмîñòè òåмïåðàòóðы â êîíòðîëь-
íыõ òîчêàõ ðàбîчåãî óчàñòêà — êàê СÄМ, òàê
и теплоотвода — от времени при выходе систе-
мы в стационарный тепловой режим (рис. 4).
Êàê ñëåдóåò èз ðèñ. 4, дîëьшå âñåãî íà ñòàцèî-
íàðíыé òåïëîâîé ðåжèм âыõîдèò СÄМ ñ àëюмè-
íèåâым шòàмïîâàííым ðàдèàòîðîм — ïðèмåðíî
13 мèí, òîãдà êàê ñ òåïëîîòâîдîм íà îñíîâå ПÒÒ
и медным проволочным радиатором время вы-
õîдà íà ñòàцèîíàðíыé ðåжèм ñîñòàâèëî 10 мèí.
Рèñ. 3. Сõåмà ýêñïåðèмåíòàëьíîé óñòàíîâêè:
1 — СÄМ; 2 — òåïëîîòâîд; 3 —АЦП; 4 — ïåðñîíàëьíыé êîмïьюòåð; Ò1…Ò9 — òåðмîïàðы
3 4
1
2
Вàðèàíò òåïëîîòâîдà
Номера термопар, установленных
в характерной тепловой зоне
I II III IV V
Аëюмèíèåâыé шòàмïîâàííыé ðàдèàòîð (ðèñ. 2, а) Т1 Т2 Ò4, Ò5, Ò7, Ò8 Ò6, Ò9 —
Пóëьñàцèîííàÿ òåïëîâàÿ òðóбà (ðèñ. 2, б) Т1 Т2 Ò3, Ò4, Ò5 Ò6, Ò7, Ò8 Ò9
Пðîâîëîчíыé ðàдèàòîð (ðèñ. 2, в) Т1 Т2 Ò3, Ò4, Ò5 Ò6, Ò7, Ò8 Ò9
Размещение термопар в характерных тепловых зонах
при использовании различных вариантов теплоотвода
Òåõíîëîãèÿ è êîíñòðóèðîâàíèå â ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðå, 2015, ¹ 5–6
38
ÎáåñïåЧåíèå òåïëÎâûõ ðåæèìÎâ
ISSN 2225-5818
Вî âðåмÿ ïðîâåдåíèÿ âñåõ ýêñïåðèмåíòîâ
òåмïåðàòóðà îêðóжàющåãî âîздóõà ñîñòàâëÿëà
19,5±0,5°С.
На рис. 5 приведены средние значения тем-
ïåðàòóðы, îïðåдåëåííыå â óñòàíîâèâшåмñÿ òå-
пловом режиме в характерных тепловых зонах
I— IV ðàбîчåãî óчàñòêà ïî ïîêàзàíèÿм ñîîòâåò-
ñòâóющèõ òåðмîïàð (èõ íîмåðà óêàзàíы â òà-
бëèцå дëÿ êàждîé зîíы è дëÿ êàждîãî òèïà òå-
ïëîîòâîдà).
Êàê âèдíî èз ðèñ. 5, íàèмåíьшóю òåмïåðà-
òóðó СÄМ â мåñòàõ óñòàíîâêè ñâåòîдèîдîâ îбå-
ñïåчèâàåò òåïëîîòâîд â âèдå ïóëьñàцèîííîé òå-
ïëîâîé òðóбы. Òàê, ïî ñðàâíåíèю ñî шòàмïî-
âàííым àëюмèíèåâым ðàдèàòîðîм (бàзîâыé âà-
ðèàíò) ПÒÒ ïîзâîëÿåò ñíèзèòь òåмïåðàòóðó íà
7,1°С â цåíòðå ïåчàòíîé ïëàòы СÄМ (зîíà I)
è íà 4,5°С íà ïîâåðõíîñòè мåждó ñâåòîдèîдàмè
(зîíà II), à мåдíыé ïðîâîëîчíыé ðàдèàòîð — ñî-
îòâåòñòâåííî, íà 3,9 è 2,5°С.
В цåëîм, мîжíî êîíñòàòèðîâàòь, чòî êàждыé
из теплоотводов справляется с поставленной за-
дàчåé îõëàждåíèÿ è îбåñïåчèâàåò ñâåòîдèîдàм
íåîбõîдèмыé óðîâåíь òåмïåðàòóðы, íå ïðåâы-
шàющèé 64°С â èññëåдîâàííыõ õàðàêòåðíыõ òå-
ïëîâыõ зîíàõ СÄМ.
Сëåдóåò òàêжå îòмåòèòь, чòî мîщíîñòè 10,55 Вò
дàííîé êîíñòðóêцèè СÄМ íåдîñòàòîчíî дëÿ
òîãî, чòîбы âызâàòь ïðîцåññ àêòèâíîãî êèïåíèÿ
è ïóëьñàцèé òåïëîíîñèòåëÿ â ПÒÒ, ò. å. òàêîé
ðåжèм, â êîòîðîм òåïëîïåðåдàчà бóдåò мàêñè-
мàëьíîé [19, 20]. Пîýòîмó ñ óâåëèчåíèåм мîщ-
íîñòè СÄМ дî 30—40 Вò è âышå бóдåò ðàñòè è
ýффåêòèâíîñòь òåïëîîòâîдîâ íà îñíîâå ПÒÒ, â
òî âðåмÿ êàê шòàмïîâàííîãî àëюмèíèåâîãî ðà-
дèàòîðà — óмåíьшàòьñÿ â ñâÿзè ñ íåîбõîдèмî-
ñòью óâåëèчåíèÿ дèàмåòðà ðàдèàòîðà è ñíèжå-
íèÿ ïðè ýòîм ýффåêòèâíîñòè åãî ðåбåð. Пðè âы-
соких мощностях светодиодных модулей можно
ðåêîмåíдîâàòь èñïîëьзîâàíèå êîмбèíèðîâàííî-
ãî òåïëîîòâîдà [21], â êîòîðîм ïóëьñàцèîííàÿ
òåïëîâàÿ òðóбà îбъåдèíåíà ñ ïëîñêèм шòàмïî-
âàííым ðàдèàòîðîм, чòî ïîзâîëÿåò îбåñïåчèòь
âыñîêóю ýффåêòèâíîñòь åãî ðåбåð, ñíèзèòь åãî
òåðмèчåñêîå ñîïðîòèâëåíèå, à ñëåдîâàòåëьíî, è
òåмïåðàòóðó ñâåòîдèîдîâ.
âыводы
В ðåзóëьòàòå ïðîâåдåííыõ ñðàâíèòåëьíыõ
экспериментов установлено, что все исследован-
íыå òåïëîîòâîды ïîзâîëÿюò îбåñïåчèòь óðîâåíь
температуры светодиодного модуля в пределах
зàдàííîãî ðàбîчåãî дèàïàзîíà (íå âышå 64°С).
Пðè ýòîм, íàèбîëåå ýффåêòèâíîå îõëàждåíèå
ñâåòîдèîдíîãî мîдóëÿ îбåñïåчèâàåòñÿ ïðè èñ-
ïîëьзîâàíèè òåïëîîòâîдà íà îñíîâå ïóëьñàцè-
îííîé òåïëîâîé òðóбы, à íàèмåíåå ýффåêòèâ-
íîå — ïðè åãî îõëàждåíèè ñ ïîмîщью àëюмè-
íèåâîãî шòàмïîâàííîãî ðàдèàòîðà.
Пîñêîëьêó òåïëîïåðåдàчà ПÒÒ мàêñèмàëьíî
эффективна после начала активного кипения те-
ïëîíîñèòåëÿ, ò. å. ïðè бîëьшèõ òåïëîâыõ ïîòî-
Рèñ. 5. Òåмïåðàòóðà â õàðàêòåðíыõ òåïëîâыõ зîíàõ
ðàбîчåãî óчàñòêà:
I — â цåíòðå ïëàòы СÄМ; II — íà СÄМ мåждó ñâåòî-
дèîдàмè; III — ó îñíîâàíèÿ ðàдèàòîðà èëè ïåòåëь (дëÿ
ПÒÒ è ïðîâîëîчíîãî ðàдèàòîðà); IV — íà êðàю ðàдè-
àòîðà èëè ïåòåëь (дëÿ ПÒÒ è ïðîâîëîчíîãî ðàдèàòîðà)
0:00:00 0:11:31 0:23:02
Вðåмÿ, ч:мèí:ñ
60
40
20
0
Ò
åм
ïå
ðà
òó
ðà
,
°С
0:00:00 0:08:38 0:17:17
Вðåмÿ, ч:мèí:ñ
60
40
20
0
Ò
åм
ïå
ðà
òó
ðà
,
°С
0:00:00 0:08:38 0:17:17
Вðåмÿ, ч:мèí:ñ
60
40
20
0
Ò
åм
ïå
ðà
òó
ðà
,
°С
Рèñ. 4. Измåíåíèå âî âðåмåíè òåмïåðàòóðы â êîí-
òðîëьíыõ òîчêàõ СÄМ ñ ðàзëèчíымè òåïëîîòâîдàмè:
а — ñî шòàмïîâàííым àëюмèíèåâым ðàдèàòîðîм;
б — ñ òåïëîîòâîдîм íà îñíîâå мåдíî-âîдÿíîé ПÒÒ;
в — с радиатором из медной проволоки
à)
б)
â)
Штампованный радиатор
Пðîâîëîчыé ðàдèàòîð
ПÒÒ
60
50
40
Ò
åм
ïå
ðà
òó
ðà
,
°С
I II III IV
Номер храктерной тепловой зоны
Òåõíîëîãèÿ è êîíñòðóèðîâàíèå â ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðå, 2015, ¹ 5–6
39
ÎáåñïåЧåíèå òåïëÎâûõ ðåæèìÎâ
ISSN 2225-5818
ках, для охлаждения мощных светодиодных мо-
дóëåé (ñâышå 30—40 Вò) мîжíî ðåêîмåíдîâàòь
òåïëîîòâîды íà îñíîâå ПÒÒ. Пðè бîëåå íèзêèõ
мîщíîñòÿõ èñïîëьзîâàíèå òåïëîîòâîдà íà îñíî-
âå ПÒÒ мîжåò îêàзàòьñÿ ýêîíîмèчåñêè мåíåå âы-
ãîдíым ïî ñðàâíåíèю ñî шòàмïîâàííым àëюмè-
íèåâым ðàдèàòîðîм, ñòîèмîñòь èзãîòîâëåíèÿ êî-
торого намного ниже, а снижение температуры
íà 7,1°С íå âñåãдà мîжåò îêàзàòьñÿ îïðåдåëÿю-
щèм фàêòîðîм. Рàзóмíîé àëьòåðíàòèâîé ПÒÒ
является медный проволочный радиатор, кото-
ðыé òàêжå îбåñïåчèâàюò мåíьшóю òåмïåðàòóðó
ñâåòîдèîдíîãî мîдóëÿ ïî ñðàâíåíèю ñ àëюмè-
íèåâым шòàмïîâàííым.
Òàêèм îбðàзîм, ïðè âыбîðå òèïà òåïëîîòâî-
да и материала для его изготовления в каждом
конкретном случае применения следует комплек-
ñíî ðàññмàòðèâàòь âîïðîñы ñòîèмîñòè åãî èзãî-
òîâëåíèÿ, мàññы, ãàбàðèòíыõ ðàзмåðîâ è îжè-
дàåмîé ýффåêòèâíîñòè.
ИСПОЛЬЗОВАННЫЕ ИСÒОЧНИÊИ
1. Аéзåíбåðã Ю.Б. Эíåðãîñбåðåжåíèå — îдíà èз
âàжíåéшèõ ïðîбëåм ñîâðåмåííîé ñâåòîòåõíèêè //
Сâåòîòåõíèêà.— 2007.— ¹ 6.— С. 6—10.
2. Сîðîêèí В.М. Сâåòîдèîдíîå îñâåщåíèå. Пðîбëåмы.
Рåшåíèÿ. Пåðñïåêòèâы // Пðîмèñëîâà åëåêòðîåíåðãåòèêà
òà åëåêòðîòåõíіêà.— 2014.— ¹ 5(89).— С. 28—38.
3. Пîëèщóê А., Òóðêèí А. Äåãðàдàцèÿ ïîëóïðîâîдíè-
ковых светодиодов на основе нитрида галлия и его твер-
дыõ ðàñòâîðîâ // Êîмïîíåíòы è òåõíîëîãèè.— 2008.—
¹ 2.— С. 25—28.
4. Нèêèфîðîâ С. Òåмïåðàòóðà â жèзíè è ðàбîòå ñâåòî-
дèîдîâ. Чàñòь 2 // Êîмïîíåíòы è òåõíîëîãèè.— 2006.—
¹ 1.— С. 42—47.
5. Еëèñååâ Н.П., Рåшåíîâ С.П. О ïðåдåëьíыõ ñâåòî-
âыõ è цâåòîâыõ õàðàêòåðèñòèêàõ бåëыõ ñâåòîдèîдîâ //
Сâåòîòåõíèêà.— 2012.— ¹ 4.— С. 12—18.
6. Fan A., Bonner R., Sharratt S., Ju Y. S. An innovative
passive cooling method for high performance light-emitting diodes
// Semiconductor Thermal Measurement and Management
Symposium (SEMI-THERM).— 2012.— Р. 319—324.—
http://dx.doi.org/10.1109/STHERM.2012.6188867
7. Êëючíèê А., Абàëîâ А. Пðîåêòèðîâàíèå òåïëîîòâî-
дà ïîд зàдàííыå óñëîâèÿ ýêñïëóàòàцèè // CHIP NEWS
Óêðàèíà.— 2015.— ¹ 6(146).— С. 18—21.
8. Лèшèê С. И., Пàóòèíî А. А., Пîñåдьêî В. С. è дð.
Êîíñòðóêòèâíî-òåõíîëîãèчåñêèå ðåшåíèÿ ñâåòîдèîдíыõ
ëàмï ïðÿмîé зàмåíы // Сâåòîòåõíèêà.— 2010.— ¹ 2.—
С. 7—12.
9. Ruishan Wang, Junhui Li. A cooling system with a fan
for thermal management of high-power LEDs // J. Mod.
Phys.— 2010.— V. 1, No 3.— P.196—199.— http://dx.doi.
org/10.4236/jmp.2010.13029.
10. Junhui Li, Bangke Ma, Ruishan Wang, Lei Han. Study
on a cooling system based on thermoelectric cooler for thermal
management of high-power LEDs // Microelectronics
Reliability.— 2011.— V. 51.— P. 2210—2215.— http://
dx.doi.org/10.1016/j.microrel.2011.05.006.
11. Sorensen H. Water cooling of high power light emitting
diode // 13th IEEE Intersociety Conference «Thermal
and Thermomechanical Phenomena in Electronic Systems»
(Itherm).— Р. 968—974.— http://dx.doi.org/10.1109/
ITHERM. 2012.6231531.
12. Xin Zhang, Ru-Chun Li, Qi Zheng. Analysis and
simulation of high-power LED array with microchannel heat
sink // Advances in Manufacturing.— 2013.—Vol. 1(2).—
P. 191—195.— http://dx.doi.org/10.1007/s40436-013-
0027-0
13. Shou-Shing Hsieh, Yu-Fan Hsu, Meng-Lin Wang.
A microspray-based cooling system for high powered LEDs
// Energy Conversion and Management.— 2014.—Vol.
78.— P. 338—346.— http://dx.doi.org/10.1016/j.
enconman.2013.10.066.
14. Гâîздåâ С.М., Мèòðîфàíîâ А.В., Сàфîíîâ С.А.,
Хîëîдèëîâ В.И. Об èñïîëьзîâàíèè òåïëîâыõ òðóб â ïðî-
åêòèðîâàíèè мîщíыõ ñâåòèëьíèêîâ ñî ñâåòîдèîдàмè //
Сâåòîòåõíèêà.— 2012.— ¹ 2.— С. 19—21.
15. Nikolaenko T. Yu., Nikolaenko Yu. E. New circuit
solutions for the thermal design of chandeliers with light
emitting diodes // Light & Engineering.— 2015.— Vol. 23,
N 3.— P. 85—88. ISSN 0236-2945.
16. Lan Kim, Jong Hwa Choi, Sun Ho Jang, Moo Whan
Shin. Thermal analysis of LED array system with heat pipe //
Thermochimica Acta.— 2007.— V. 455(1).— P. 21—25.—
http://dx.doi.org/10.1016/j.tca.2006.11.031.
17. Аëåêñåèê Е.С., Êðàâåц В.Ю. Сèñòåмà îòâîдà òåïëî-
òы îò òåïëîíàãðóжåííыõ ýëåмåíòîâ РЭА íà îñíîâå ïóëьñà-
цèîííîé òåïëîâîé òðóбы // Òåõíîëîãèÿ è êîíñòðóèðîâà-
íèå â ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðå.— 2013.— ¹ 1.— С. 19—24.
18. Смèðíîâ Г.Ф., Бóðдî О.Г. Мîдåëèðîâàíèå ïðî-
цåññîâ â òåïëîâыõ òðóбàõ è òåðмîñèфîíàõ.— Одåññà:
Пîëèãðàф, 2012.
19. Êðàâåц В. Ю., Нàóмîâà А. Н., Вîâêîãîí А.Н.
Иññëåдîâàíèå ðåжèмîâ òåïëîîбмåíà â ïóëьñàцèîííîé òå-
ïëîâîé òðóбå // Òåõíîëîãèÿ è êîíñòðóèðîâàíèå â ýëåê-
òðîííîé àïïàðàòóðå.— 2010.— ¹ 1.— С. 39—43.
20. Нàóмîâà А.Н., Êðàâåц В.Ю., Нèêîëàåíêî Ю.Е.
Фèзèчåñêîå ïðåдñòàâëåíèå è ðàñчåò íàчàëà êèïåíèÿ â
ïóëьñàцèîííîé òåïëîâîé òðóбå // Òåõíîëîãèÿ è êîíñòðó-
èðîâàíèå â ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðå.—2014.— ¹ 2–3.—
С. 42–47.— http://dx.doi.org/10.15222/TKEA2014.2-3.42.
21. Пàò. 94136 Óêðàїíè. Сâіòëîдіîдíà ëàмïà-ñâіòèëьíèê
/ А.М. Нàóмîâà, Ю.Є. Ніêîëàєíêî, В.Ю. Êðàâåць òà іí.—
2014.— Бюë. ¹ 20.
Äата поступления рукописи
в редакцию 23.10 2015 г.
А. М. НАУМОВА, Ю. Є. НІКОЛАЄНКО,
В. Ю. КРАВЕЦЬ, В. М. СОРОКІН, О. С. ОЛІЙНИК
Óêðàїíà, м. Êèїâ, НÒÓÓ «ÊПІ», ІФН ім. В. Є. Лàшêàðьîâà НАНÓ
E-mail: yunikola@ukr.net, nirtef@kpi.ua
ОХОЛОÄЖЕННЯ СВІÒЛОÄІОÄНОГО МОÄÓЛЯ
ЗА ÄОПОМОГОЮ РІЗНИХ ÒЕПЛОВІÄВОÄІВ
Наведено результати експериментального порівняння теплових характеристик трьох тепловідводів:
штампованого з алюмінієвого листа (базовий варіант), на основі мідно-водяної пульсаційної теплової
Òåõíîëîãèÿ è êîíñòðóèðîâàíèå â ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðå, 2015, ¹ 5–6
40
ÎáåñïåЧåíèå òåïëÎâûõ ðåæèìÎâ
ISSN 2225-5818
труби та на основі мідного дротового радіатора, за допомогою яких відводилося тепло від світлодіодного
модуля потужністю 10,55 Вт. Встановлено, що в умовах природної конвекції всі три тепловідводи забез-
печують рівень температури світлодіодного модуля в місцях установки світлодіодів, що не перевищує
64°С. Використання мідного дротового радіатора дозволяє в порівнянні з базовим варіантом знизи-
ти температуру в центрі друкованої плати модуля на 3,9°С, а використання тепловідводу на основі
пульсаційної теплової труби — на 7,1°С.
Ключові слова: світлодіодний модуль, тепловідвід, радіатор, пульсаційна теплова труба, температура.
A. M. NAUMOVA, Yu. E. NIKOLAENKO,
V. Yu. KRAVETS, V. M. SOROKIN, O. S. OLIINYK
Ukraine, Kiev, NTUU “KPI”, V. Lashkaryov ISP NASU
E-mail: yunikola@ukr.net, nirtef@kpi.ua
COOLING OF LED MODULE BY VARIOUS RADIATORS
Given article presents the results of an experimental comparison of three radiators which are: pressed radiator
made of aluminum plate (basic variant), radiator made of copper wire, and copper/water pulsating heat pipe.
The radiators are intended to take off heat from the LED module with the power capacity of 10,55 W. It is
established that under natural convection all three radiators can keep temperature level of the circuit board
module less then 64 °С that lies within the operating range. In comparison with basic variant the use of the
copper wire radiator allows lowering of the temperature in the LED module center on 3.9 °С, and the same
value for the pulsating heat pipe is 7.1°С.
Keywords: LED module, heat sink, radiator, pulsating heat pipe, temperature
DOI: 10.15222/TKEA2015.5-6.35
UDC 536.248.2; 628.941.8
REFERENCES
1. Eisenberg Yu.B. [Energy conservation is one of the
most important problems of modern lighting.] Svetotechnika,
2007, no 6, pp. 6-10. (Rus)
2. Sorokin V.M. [Led lighting. Problems. Solutions.
Prospects.] Promyslova elektroenergetika ta elektrotechnika,
2014, no 5(89), pp. 28-38. (Rus)
3. Polishchuk A., Turkin A. [Degradation of semiconductor
light-emitting diodes based on gallium nitride and its solid
solutions.] Komponenty i technologii, 2008, no 2, pp. 25-28. (Rus)
4. Nikiforov C. [The temperature in the life and work of
the LEDs. Part 2.] Komponenty i technologii, 2006, no 1,
pp. 42-47. (Rus)
5. Yeliseyev N.P., Reshenov S.P. [About the limit of light
and color characteristics of white LEDs.] Svetotechnika, 2012,
no 4, pp. 12-18. (Rus)
6. Fan A., Bonner R., Sharratt S., Ju Y. S. An
innovative passive cooling method for high performance light-
emitting diodes. Semiconductor Thermal Measurement and
Management Symposium (SEMI-THERM), 2012, pp. 319-
324. http://dx.doi.org/10.1109/STHERM.2012.6188867
7. Kluchnik A., Abalov A. [Designing the heat sink under
the specified operating conditions.] CHIP News Ukraine,
2015, no 6 (146), pp. 18-21. (Rus)
8. Lishik S.I., Pautino A.A., Posed’ko V.S., Trofimov
Yu.V., Tsvirko V.I. [Design and technological solutions for
the direct replacement LED lamps.] Svetotechnika, 2010, no
2, pp. 7-12. (Rus)
9. Ruishan Wang, Junhui Li. A Cooling System with
a Fan for Thermal Management of High-Power LEDs. J.
Mod. Phys., 2010, vol. 1, no 3, pp.196-199. http://dx.doi.
org/10.4236/jmp.2010.13029
10. Junhui Li, Bangke Ma, Ruishan Wang, Lei Han.
Study on a cooling system based on thermoelectric cooler for
thermal management of high-power LEDs. Microelectronics
Reliability, 2011, vol. 51, pp. 2210-2215. http://dx.doi.
org/10.1016/j.microrel.2011.05.006
11. Sorensen H. Water cooling of high power Light
Emitting Diode. 13th IEEE Intersociety Conference “Thermal
and Thermomechanical Phenomena in Electronic Systems”
(Itherm), 2012 pp. 968-974. http://dx.doi.org/10.1109/
ITHERM. 2012.6231531
12. Xin Zhang, Ru-Chun Li, Qi Zheng. Analysis and
simulation of high-power LED array with microchannel heat
sink. Advances in Manufacturing, 2013, vol. 1(2), pp. 191-
195. http://dx.doi.org/:10.1007/s40436-013-0027-0.
13. Shou-Shing Hsieh, Yu-Fan Hsu, Meng-Lin Wang.
A microspray-based cooling system for high powered LEDs.
Energy Conversion and Management, 2014, vol. 78, pp. 338-
346. http://dx.doi.org/10.1016/j.enconman.2013.10.066.
14. Gvozdev S.M., Mitrofanov A.V., Safonov S.A.,
Holodilov V.I. [On the use of heat pipes in the design of
high-power lamps with LEDs.] Svetotechnika, 2012, no 2,
pp. 19-21. (Rus)
15. Nikolaenko T. Yu., Nikolaenko Yu. E. New circuit solutions
for the thermal design of chandeliers with Light Emitting Diodes.
Light & Engineering, 2015, vol. 23, no 3, pp. 85-88.
16. Lan Kim, Jong Hwa Choi, Sun Ho Jang, Moo Whan
Shin. Thermal analysis of LED array system with heat pipe.
Thermochimica Acta, 2007, vol. 455(1), pp. 21-25. http://
dx.doi.org/10.1016/j.tca.2006.11.031.
17. Alekseik E.S., Kravets V.Yu. [Oscillating heat
pipe cooler for heat-generating elements of electronics.]
Tekhnologiya i Konstruirovanie v Elektronnoi Apparature,
2013, no 1, pp.19-24. (Rus)
18. Smirnov G.F., Burdo O.G. [Modeling of processes
in the heat pipes and thermosyphons.] Odessa: Polygraph,
2012, 294 p.
19. Kravets V.Yu., Naumova A.N., Vovkogon A.N.
[Research of heat transfer modes of the pulsating heat pipe.]
Tekhnologiya i Konstruirovanie v Elektronnoi Apparature,
2010, no 1(85), pp. 39-43. (Rus)
20. Naumova A.N., Kravets V.Yu., Nikolaenko Yu.E.
[Physical concept and calculation of boiling point in a
pulsating heat pipe.] Tekhnologiya i Konstruirovanie v
Elektronnoi Apparature, 2014, no 2-3, pp.42-47. (Rus)
21. Naumova A.N., Nikolaenko Yu.E., Kravets V.Yu.,
Sorokin V.M., Kopnin V.P., Seriy A.F. [LED-lamp.] Pat.
UA no 94136. (Ukr)
|