LED Aydınlatma Armatürlerinde Soğutucu Nasıl Seçilmelidir?

Elektronik ve aydınlatma sektöründe patentli alüminyum soğutucu çözümleriyle tanınan Sarnikon, LED aydınlatma uygulamalarında soğutucu seçimiyle ilgili yayınladığı kaynakta soğutucuların kullanım amaçlarını, üretim yöntemlerini ve teorik hesaplama yöntemlerini detaylarıyla açıkladı.

Soğutucu, yarı iletken malzemede oluşan fazla ısı birikimi önlemek, sıcaklığın artmasına mani olmak ve biriken ısıyı çevreye yaymak için kullanılır.

Neden Alüminyum Tercih Edilir?

Alüminyum, kolay soğuyup ısıyı emen bir metal olması nedeniyle ısı transferi gerektiren tüm uygulamalarda tercih edilir.

Yoğunluğu, çeliğin veya bakırın yaklaşık üçte biri kadardır.

Kolaylıkla dövülebilir, makinede işlenebilir. Çok üstün korozyon dayanımı özelliklerine sahiptir.

Bakırdan daha ucuz olması ve daha çok bulunması, işlenmesinin kolay olması ve yumuşak olması nedeniyle birçok sektörde kullanılan bir metaldir.

Alüminyum malzemenin öne çıkan başlıca özellikleri; yumuşaktır, hafiftir ve yüksek dayanım özelliğine sahiptir. Zehirleyici ve manyetik değildir. Kıvılcım çıkarmaz. Kolay şekillendirilebilir. Korozyon dayanımı yüksektir. Elektrik iletkenliği (saf Al, 2 °C’de) %64,94 IACS’dir. Kaynak kabiliyeti çok iyidir.

Üretim Yöntemlerinde Ekstrüzyon Avantajları

Enjeksiyon dökümde alüminyumun kalıpta yürümesi için malzemeye çeşitli bileşenler katılmaktadır. Katılan bu bileşenler saf alüminyum özelliklerinin değerlerini düşürmektedir. Bu sebeple ekstrüzyon yöntemi ile daha iyi bir soğutucu imal edilmiş olmaktadır.

Ekstrüzyon ile imalat, enjeksiyona göre daha yüksek basınçlarda olduğundan, malzeme daha rijit yapıdadır. Bu sebeple ekstrüzyon yöntemi ile imal edilmiş soğutucunun ısıyı iletme kalitesi daha yüksektir ve bu yöntemle darbe dayanımı da yüksek olan malzeme imal edilmiş olmaktadır.

Ekstrüzyon malzemeye eloksal kaplama yapılabilmektedir. Enjeksiyona göre ekstrüzyon kalıp maliyeti daha uygundur.

Soğutucu Seçiminin Teorik Hesaplanması

Soğutucunun termal direnç eğrisinde, elde edilen Rsoğutucu kullanılarak ihtiyaç duyulan soğutucu uzunluğu hesaplanabilmektedir.

Uygulamalarınızda, hesaplanan bu değerin hem üst hem de alt değer uzunluğunda ürünler alıp kendi testlerinizi yapmalısınız.

Rled + Rter + Rsoğ ≤ Rsis = (Tj – To ) / P

• Rsis: Sistemin termal direnci (Kelvin/Watt -K/W-)

Rsis ≥ Rsoğ + Rled + Rter

• Rsoğ: Soğutucunun termal direnci
• Rled: LED’in termal direnci
• Rter: LED ve soğutucu arası kullanılan malzemenin termal direnci. (Örn: Hava, termal macun gibi.)

Rsis = (Tj – To ) / P

• Tj: Junction (birleşme noktası) sıcaklığı. (Kelvin -K-) (Uygulamada bu değer 20-30°C azaltılmış olarak kullanılmaklıdır.)
• To: Sistemin çalışacağı ortamın sıcaklığı. (Max. Sıcaklık alınmalıdır. -K-)
• P: Sistemin gücü (Watt -W-)

PR-79 XP Uygulama Örneği

Bu örnek çalışmada PR-79 XP modeli soğutucu ile 90W gücünde bir LED aydınlatma armatürünün termal hesaplamaları yapılacaktır.

To: İstanbul’da max. gece sıcaklığı 25⁰C.

Tj (Junction Sıcaklığı): 95⁰C.

Osram Square’in junction sıcaklığı 125⁰C’dir. Emniyet faktöründen dolayı, hesaplamalarda 30⁰C daha düşük oran kullanılmalıdır.

P (Sistem Gücü): 89,6 Watt (40 LED’li Osram Square LED 700mA ile sürüldüğünde.)

Rsis = ( Tj – To ) / P

Rsis = (95-25)/89,6

Rsis = 0,78 K/W

Square termal direnci 3,8 K/W’tır. Sistemde 40 adet LED kullanılmaktadır.

Rled = 3,8/40 = 0,095 K/W.

Rter = 0,07 K/W. (Kullanılan termal macun datasheetinden değere bakabilirsiniz.)

Rsis ≥ Rsoğ + Rled + Rter

0,78 ≥ Rsoğ + 0,095 + 0,07

Rsoğ ≤ 0,62 K/W

Sarnikon