leds de puissance en série sur un rail U

[rcco]

Bonjour les Ledophiles,

J'aurais besoin d'un petit coup de main concernant le dimensionnement d'un dissipateur pour le montage d'Osram Golden Dragon en ligne sur un rail d'aluminium:

ma conception est la suivante:
5 leds Osram Golden Dragon LUW W5AM fonctionnant à 660mA (5x2,3W)
montées sur un rail type U aluminium standard 40x20 épaisseur 2mm ce qui coute bien moins cher que d'acheter du dissipateur à ailettes

je voudrais vérifier que la température de jonction ne dépassera pas 85°C
entre la led et le rail il y a une couche de kapton (diélectrique thermoconducteur) et une couche de cuivre double face 3M de surface 25,4x6mm
(par ailleurs je me demande si cette surface de cuivre est suffisante)
résistance thermique de la couche Kapton+cuivre 5K/W
résistance thermique de la base de la led 11K/W

voici les datasheets d' un dissipateur U (j'espère que ces courbes correspondent à l'aluminium brut)

CO13P
http://www.seem-semrac.fr/ktp_acro/dislow30.pdf

je ne sais pas comment calculer la Rth dissipateur avec plusieurs leds
température de jonction maxi 85°C, résistance thermique couche intermédiaire + celle de la LED =16°C/W
température ambiante maxi 30°
donc Rth dissipateur pour une led= (85-30)/2,3 -16= 7,9°C/W donc 70mm de CO13P par diode conviennent?
donc 5 diodes régulièrement espacées de 70mm sur un U de 5x70=350mm de long ça pourrait aller?

Voilà. Une bonne âme?
Merci d'avance pour votre aide

[Obelixator]

Salut,

J'ai bien quelques notions pour avoir été confronté à ce genre de problème, mais je ne garanti pas TOUT mes calculs

Pour utiliser les courbes Seem-Semrac, LA question est : "quelle sera la température à maintenir en surface du dissipateur, pour que la température de jonction ne dépasse pas 85°C (ce qui semble être ta sanction).
Si les valeurs que tu as indiqué sont justes, tu auras les Deltas de température suivants :
- Interne LED : 11K/W sous 2,3W, soit ~25°C,
- Kapton + Cu : 5K/W sous 2,3W, soit ~12°C.
Il faudra donc maintenir la surface du dissipateur à 85-25-12 = 48°C MAXI

Selon la doc pdf et le site de Seem-Semrac :
- Il faut prendre une marge de 20% si ton profilé est positionné horizontalement.
- il faut prendre une marge de 10% si ton profilé n'est pas Anodizé Noir (Alu Brut, ce qui est ton cas)

Pour faire le calcul sur 5 LEDs, tu as 2 possibilités :
1°) Soit tu te mets dans le cas le plus défavorable, et tu calcule comme si les 5x2,3=11,5W dissipaient en un seul et même point, ce qu'il faudra faire pour un rail monté verticalement,
2°) Soit tu considère que chaque LED bénéficie d' 1/5 du dissipateur, ce qui est plus proche d'une utilisation avec dissipateur horizontal, avec les 5 LEDs répaties uniformément sur la longueur.
La différence est que la convection de l'air ne "rencontre qu'une LED" en position H, mais successivement les 5 LEDs en position V, ce qui ne génère pas du tout les mêmes gradients de température au sein du dissipateur.

Imaginons maintenant que la température ambiante soit de 25°C (Tu ne l'as pas précisé ^^)
1°) 1,0 x 0,9 x ( 48 - 25 ) / 11,5 = 1,8 K/W => Courbe CO13P => Longueur Totale = ~ 350mm (en dehors de la courbe ^^)
2°) 0,8 x 0,9 x ( 48 - 25 ) / 2,3 = 7,2 K/W => Courbe CO13P => ~75mm/LED => Longueur Totale = ~ 375mm
Prends de la marge, et prends un U de 400mm, une LED tout les 80mm, avec la première et la dernière à 40mm des bords . . .

Un spécialiste Thermique (Thermi87 ?) pour confirmer ?

Obé.

[rcco]

Salut Obé!

Merci ! tu m'as bien éclairé! ...l'horizontalité et le "coté" brut du profilé (je savais pourtant que ça jouait mais j'ai zappé et pas lu toute la doc seem_semrac)
Mais j'avais bien précisé une température ambiante de 30°C maxi.
Entre temps j'ai fait quelques recherches et j'ai trouvé un cours sur la dissipation sur le net.
Pour calculer un dissipateur portant plusieurs composants il faut calculer la Rth dissipateur pour un composant d'abord et ensuite considérer l'ensemble des Rth montées en parallèle.
Mon rail est en position horizontale, les leds sont montées sur l'âme centrale, les deux ailes du U sont verticales.
Comme mes leds sont toutes semblables 1/Rthrail= 5x 1/Rth1led

donc (mais là ou je ne suis pas d'accord avec toi c'est quand tu calcule la temp. de surface du dissipateur, en tout cas ce n'est ce que j'ai lu dans un topic sur ce site dans la section calcul / "luxeon 3W") ...mais je n'ai que de modestes notions de calcul

Donc Rth pour une led= (85-30)/2,3-11-5 ou bien (48-30)/2,3 ??? Quelqu'un peut-il nous éclairer?

Donc ensuite Rth dissipateur = Rth1led/5 ce qui correspond bien avec ton calcul 2°)

Le calcul des résistances en parallèle permet de définir un dissipateur portant par exemple des leds ayant des caractéristiques différentes et fonctionnant à des puissances différentes (intéressant quand on mélange des couleurs).
Ce qui est un peu ennuyeux c'est que les courbes Seem-Semrac s'arrêtent à 250mm, mais pas étonnant vu que l'efficacité du rail dissipateur décroit avec sa longueur.

[Obelixator]

Alors, tout dépends de ce que l'on appelle "Température de Jonction".
Si c'est celle du "Chip" à l'intérieur de la LED, ou celle du Pad avec son support isolant, ou bien celle du Support isolant avec le dissipateur . . .

Si on part de l'air, le delta de température dans l'aluminium, jusqu'à la surface de contact, est retrouvable en fonction des données du constructeur (Seem Semrac dans ton cas)
Ensuite, le support isolant électrique (Kapton dans ton cas), a beau être censé conduire les calories, il n'en génère pas moins une différence de température entre la surface en contact avec le dissipateur, et celle en contact avec la LED.
Enfin, à l'intérieur même de la LED, il y a aussi un gradient (une différence) de température entre le "Chip" et la surface de contact, donné par le constructeur.

J'ai trouvé ça, est-ce bien tes LEDs ? : http://www.osram.communicode.de/catalog ... a5000200b6
Parce que je lis : Junction Température = 125°C
et : Thermal Resistance (Junction to Soldering point) = 6,5 K/W Typical (11 K/W Max)
A voir pour valider les données avec lesquelles tu va faire ton calcul . . .

En ce qui concerne la formule Rth(5Leds) = 5 x Rth(1Led), je considère ça comme faux pour les dissipateurs à profils verticaux, pour la bonne et simple raison, c'est que la vitesse de convection fait qu'il y a assez peu de brassage d'air autour d'un dissipateur, et que donc le flux d'air y est assez laminaire (peu de turbulences), et qu'une fois que l'air aura parcouru la première section correspondant à la première LED, il se sera réchauffé, et la seconde section ne bénéficiera absolument pas de la même température ambiante réelle, et ainsi de suite, et la 5ème LED aura très chaud, puisque comme tu l'a très bien assimilé, l'efficacité d'un dissipateur s'amenuise en s'éloignant de la source, il ne faudra donc pas compter sur le bas du profil pour refroidir la LED du haut.
Pour les dissipateurs à ailettes, en fonction du Delta de température avec l'air, les constructeurs donnent soit une hauteur maxi à ne pas dépasser, soit un coefficient à appliquer au calcul lorsqu'on dépasse une certaine hauteur de convection, car pour les même raisons que le paragraphe précédent, l'air se réchauffe progressivement au contact des ailettes, et plus le dissipateur est long (verticalement), plus le delta-T diminue, et moins l'unité de section supplémentaire est efficace.

Cela dit, certaines LEDs sont fournies directement soudées sur support à la fois Isolant Électrique et pas trop mauvais conducteur Thermique, appelés "Star" à cause de leur forme typique (Hexagonale + encoches ressemblant à une étoile).
Dans ce cas là, le constructeur fournit directement la température de Jonction avec le dissipateur . . .

J'espère avoir été clair (et juste) dans mes explications

Obé.

[rcco]

Suis d'accord avec toi sur le fait que verticalement et sans ventilation la led du haut sera bien moins refroidie que celle du bas.
Mais bon, dans mon cas elles sont montées horizontalement donc je pense que les résistances en parallèle ça doit être ok.

Concernant le lien vers les datasheets Osram c'est bien ça, LUW W5AM.

Donc en reconsidérant le problème: je dois garantir que la température du chip ne dépasse pas disons 80° (pour garantir une certaine durée de vie)

Donc Thermal resistance base to chip étant de 11k/W maxi et étant à une puissance de 2,3W avec 5K/W de kapton et de cuivre entre la led et le U

16K/Wx2.3=36.8 ° donc la température du U ne devra pas dépasser 80-36,8= 43,2°

donc là si je prend pour une led 0.8x0.9x(43.2-30)/2.3=4,13 K/W je suis ok?
et pour 5 leds 4.13:5=0,826
mais bon là j'ai pris les conditions les plus draconiennes

merci pour ton aide