К вопросу о конструировании корпусов для подводных фонарей на мощных СИД (светоизлучающих диодах)

Исходным пунктом к написанию этого спича послужило обсуждение проблем фонарестроения в профильной общалке сайта Хрустальный Грот (http://fishing.kiev.ua/vb3/showthread.php?t=704&page=3). После той дискуссии я решил изложить некоторые моменты своего видения этого вопроса и на страницах этого форума.

Как известно, световая эффективность СИД (отношение сила света к б.... от источника питания мощности) существенно выше, чем у таких источников света, как лампы накаливания. Однако, когда мощный СИД работает на близких к предельным значениях тока, он весьма сильно нагревается. Если посмотреть повнимательнее на даташиты мощных СИД, то условно температуру СИД можно разделить на несколько групп значений. Первая - такая температура, при которой время "жизни" СИД исчисляется, в лучшем случае, считанными секундами. В среднем, такая температура составляет около полутора сотен градусов Цельсия. Верхний предел т.н. рабочей температуры у СИД обычно составляет 75-85 градусов. Срок службы диодов сильно зависит от силы тока и температуры, при их повышении происходит т.н. деградация СИД, приводящая как к снижению силы излучаемого ими света, так и к изменениям в его спектре (диод начинает "синить"). [1]
Но и в пределах зоны рабочих температур мощность света СИД существенно изменяется в зависимости от подаваемого на него тока и температуры как полупроводникового перехода, так и диода в целом, с учетом его конструктивного исполнения. Причем, зачастую эту зависимость некоторые ( ) производители светодиодных фонарей случайно или намеренно "забывают", выдавая в ТТХ фонарей максимальные значения, которые могут быть достигнуты от СИД при условии достаточного отвода тепла от кристаллов. Что уж говорить о них, если даже именитые фирмы-производители мощных СИД очень завуалировано оперируют параметрами максимальной эффективности своей светодиодной продукции.. [2]
Конечно, если диод запитывается током, при котором температура СИД составляет порядка 45-50 градусов, этими нюансами теплоотдачи вполне можно пренебречь. Но если мы озадачились конструированием и самостоятельным изготовлением действительно мощных светодиодных подводных фонарей, работающих на предельных режимах по излучаемой световой мощности, вопросы эффективного охлаждения СИД никак не обойти...
Каким же образом отводится тепло в светодиодных подводных фонарях? СИД обычно устанавливается на монтажную подложку из алюминия. Подложка крепится (иногда с помощью специального термоклея, иногда с использованием специальных теплопроводных паст) к металлическому, чаще всего алюминиевому или дюралевому, радиатору, отдельному или конструктивно объединенному с корпусом светоголовки. Практика показывает, что добиться сколько-нибудь эффективного отвода тепла без применения мегаллических деталей в световом узле крайне проблематично из-за низкой теплопроводности пластиковых корпусов.
Немного о физическом понятии термина "теплопроводность"..
"..Теплопроводность определяет способность передать тепловую энергию через материал. Это тоже важная характеристика, она характеризуется коэффициентом теплопроводности . Численно он равен потоку q проходящему через площадку куба единичной площади, при перепаде на его гранях температуры 1 ° С. ..
..У диэлектрических материалов теплопроводность обычно значительно ниже. ..
..Для газов и жидкостей обычная теплопроводность играет незначительную роль. В этом случае главную роль играют конвекция и излучение...
..Конвекция возникает из-за того, что нагретые жидкость или газ расширяются, их плотность уменьшается, они начинают “всплывать” под действием выталкивающей силы Архимеда. За счет этого возникают локальные течения, которые эффективно уносят тепло из нагретой зоны... Грубо, можно сказать, что конвекция увеличивает теплопроводность в несколько раз. .." [3]
Приведу упоминавшуюся в дискуссии по первой ссылке таблицу коэффициентов теплопроводности некоторых материалов:

……. КОЭФФИЦИЕНТ ТЕПЛОПРОВОДНОСТИ, Вт(м*К)

МЕДЬ………………………………………………………………………………………….380
АЛЮМИНИЙ……………………………………………………………………………….240
ДЮРАЛЬ……………………………………………………………………………………..160
ЛАТУНЬ……………………………………………………………………………………….110
ТИТАНОВЫЕ СПЛАВЫ……………………………………………………….......5....12
СТЕКЛО………………………………………………………………………………………1.15
КПТ-8( Кремнийоргани́ческая Па́ста Теплопрово́дная)……..…..0.8
ВОДА……………………………………………………………………………..............0.6
СТЕКЛОТЕКСТОЛИТ………………………………………………………….........0.3
ЭПОКСИДНАЯ СМОЛА............................................. ...........0.17
ПЕНОПЛАСТ…………………………………………………..............…………….0. 04
ВОЗДУХ……………………………………………………………………….............0.02 6

Какие лично для себя я сделал выводы из этой таблицы? Их несколько..
1. Наиболее эффективны, с точки зрения отвода тепла, медные радиаторы, на которые СИД должен крепиться с обеспечением минимального теплового сопротивления в точке контакта. То есть с использованием максимально эффективных термопаст, не кремнийорганических, как общедоступная КПТ-8, а, скажем жидкометаллических Coollaboratory [4]
2. Как ни странно, у алюминия и дюралюминия довольно высокая разница в теплопроводности! Сразу вспомнились воспоминания фронтовиков о "солдатской посуде" времен Отечественной войны, алюминевых мисках и кружках - даже уже несколько остывшая пища и чай в такой посуде казались обжигающе горячими..
3. "Понтовый" титан в плане теплопроводности, как раз наоборот, не очень-то "рулит"..
4. Медные радиаторы, конечно, впереди планеты всей, но цена, но вес.. Поэтому при конструировании светоголовки можно поэкспериментировать над комбинированной конструкцией: корпус - цилиндрический стакан из дюралюминия с впрессованной перегородкой-толстостенной шайбой из меди, на которую и крепить диод.. В случае с раздельными фонарями, если используется корпус от водозащищенных светильников, этот вопрос решается заменой штатной алюминевой платы, на которой крепится ламповая панель, на медную, такую же по диаметру, но увеличенной толщины..
5. В любом случае, для повышения эффективности конвективных процессов охлаждения светоголовки как в воде, так и в воздухе вовсе нелишне будет по возможности максимально увеличить ее внешнюю охлаждающую поверхность. То есть сделать головку ребристой..


Ссылки на использованные материалы:

[1] http://www.rlocman.ru/review/article.html?di=76013
[2] http://www.led-e.ru/articles/svetodiod/2011_2_12.php
[3] http://sermir.narod.ru/tryd/Posob/teploem.htm
[4] http://www.3dnews.ru/cooling/liquid_metalpad/index4.htm

Вопрос?Сколько будет стоить безопастный раздельник,на заказ?И кому заказать?

Такой хочешь?





Комбинированный (софитка МР-11, 35 ватт 10 градусов - для мутняка и супермутняка), 32 светодиода по 20 канделл - для прозрака, два из этих диода - дежурное освещение (рыбу при посадке посветить, под ноги и т.п.) ... Переключение режимов водозащищенными тумблерами, светозащитная партизанская бленда, безопасный шнур-разъем (от компа).
Подробно сам фонарь и вся "опупея" по его изготовлению - тут: http://apox.ru/equip/equip-handmade/904-eshhe-odin-variant-razdelnogo-fonarya

Для себя, любимого, однако, ваял сей девайс.. А таперича неспешно подумываю о расставании , продаже исключительно по причине перехода на светодиодный свет, и созидания очередных фонарей..
Ежели понравился девайс - все остальное в личку..
А, мобыть, мне аукцион тута устроить? Вот, как раз на машину новую не хватает..

Грят что диодные ,рып пугают

Это говорят, поди, те, кто, как кит сопя и фыркая, подплывает к рыбам, жмякается на них сверху и внаглую светит им прямо в глаза своим фонарями, врубленым на всю катушку. А когда рып сваливает от такого напора, во всем виноватыми становятся, конечно, светодиоды.. Гранаты, видите ли, не той системы..
Всем землякам, обладателям китайских светодиодников, просьба не напрягаться, я вовсе не их имел ввиду..

Пи@@@Ж
На китайских светодиодниках проверенно!
Вот таким с растояния 1.5метра на самом сильном режиме светил в прошедшие выхи на линя,нискока он меня не пугался!
http://www.dealextreme.com/p/mj-810e-ha ... 6340-57113

Рыбу прежде всего пугает не фонарь,а резкие движения подвоха.

Подтверждаю, абсолютно не страшно!

слушай pooh, может сразу же и ксеной мой заберешь, все в комплекте фонарь, АКБ 18 амперник (незагашенный), сумка под АКБ. Просто сам для себя решил что раздельник для меня неподходит. Подумай. Ксенон- это МОЩЬ!!!