Зазвичай розмова про LED починається з слів «енергоефективність» та «мале тепловиділення». Потім покупець отримує лінзу, яка важить півтора кілограми і має масивний алюмінієвий блочок ззаду. Виникає законне питання: навіщо така маса, якщо світлодіоди майже не гріються? Відповідь лежить у тонкощах напівпровідникової фізики та суворій автомобільній реальності.
Почнімо з очевидного: будь-який перетворювач енергії виділяє тепло. Галогенка — це радіація. Вона випромінює тепло вперед, у вигляді інфрачервоного потоку. LED — це кондукція. Тепло народжується всередині кристала на мікроскопічному p-n переході і повинно бути відведено через тіло світлодіода назовні. Якщо галогенку можна уявити як відкритий вогник, то LED — це закрита гаряча точка, яку треба обдувати.
На практиці це означає, що при потужності чипа в 3-5 Ватт, він може генерувати до 2-3 Ватт тепла, яке потрібно відвести настільки швидко, щоб точка нагріву не перевищила критичних значень. І ось тут починається інженерна магія.
Тепловий опір. Це головне слово. Кожен матеріал — від кристала до корпусу, від термопасти до радіатора — має свій тепловий опір, який вимірюється в °C/Вт. Завдання інженера — створити такий «тепловий тракт», щоб загальний опір від кристала до навколишнього середовища був мінімальним.
Уявіть це як водопровід для тепла. Якщо на шляху є вузьке місце (погана термопаста, повітряна подушка між чипом і платою), температура перед цим місцем різко зростає. Чип «вариться» у власному соку. Тому масивний алюмінієвий (а ще краще — мідний) радіатор — це не марність, а необхідність. Він збільшує площу контакту з повітрям, знижуючи фінальну ланку теплового опору.
Класичне рішення для більшості якісних бі-лед лінз — це розвинена система ребер з анодізованого алюмінію. Ребра збільшують площу в 10-20 разів порівняно з гладким блоком. Анодування не лише захищає від корозії, але й покращує тепловіддачу.
Тепло від чипа → через керамічну підкладку та термопасту → на мідну основу (thermal pad) → по тепловідвідним трубкам або безпосередньо в тіло радіатора → розподіляється по ребрах → віддається в повітря завдяки конвекції та потоку від руху автомобіля.
Перевага: Абсолютна надійність. Нічого не зламається. Немає шуму.
Обмеження: Ефективність різко падає в статичному положенні (пробка, стоянка з увімкненим світлом). Розміри.
Коли місця в гнізді фари обмаль, а потужність чипів висока, інженери вдаються до активних або гібридних систем.
| Тип системи | Принцип роботи | Температура переходу* | Надійність |
|---|---|---|---|
| Пасивний радіатор | Конвекція та набігаючий потік повітря | 85-100°C (в русі) | Висока (немає механічних частин) |
| Активний (вентилятор) | Примусовий обдув мініатюрним вентилятором | 75-90°C (навіть у пробці) | Середня (ресурс вентилятора ~30-50 тис. год.) |
| Теплові трубки (Heat Pipe) | Випаровування/конденсація рідини в замкнутій трубці | 70-85°C | Висока (герметична система) |
| Гібридна (вентилятор + радіатор) | Примусовий обдув розвинених ребер | 65-80°C | Середня (залежить від вентилятора) |
*Умови: потужність чипа ~3Вт, температура навколишнього середовища +25°C
Теплові трубки — це, мабуть, найелегантніше рішення. Усередині порожньої мідної трубки знаходиться рідина з низькою температурою кипіння. Нагріваючись біля чипа, рідина випаровується, пар миттєво переноситься в холодну зону радіатора, де конденсується і віддає тепло. Це в рази ефективніше звичайної теплопровідності металу.
З досвіду тестових заїздів: якісна пасивна система взимку на трасі працює ідеально. Радіатор, охолоджуваний набігаючим потоком -10°C повітря, легко тримає температуру. Справжнє випробування — це серпнева пробка в місті, коли повітря нагріте до +35, а швидкість нульова. Тут активні системи з вентиляторами показують перевагу, не даючи температурі «поповзти» вгору.
Простий тест при покупці: після 30 хвилин роботи на столі (без обдуву) торкніться основи радіатора (не ребер!). Якщо рука терпить — це нормально (50-60°C). Якщо відчувається сильний опік (>80°C) — тепловідведення недостатнє.
Чи може радіатор обмерзнути взимку?
Може, якщо після миття або в сирий дощ авто поставити на мороз з увімкненими ліхтарями. Конденсат на ребрах замерзне. Але це не критично — після запуску двигуна і початку руху лід розтане. Конструкція розрахована на такі сценарії.
Чи шумлять вентилятори на активних лінзах?
Якісні — практично ні. Їх звук перекривається шумом двигуна та навколишнім середовищем. Дешеві можуть дзижчати або клацати, особливо після зносу підшипника.
Що буде, якщо охолодження вийде з ладу під час поїздки?
Сучасні лінзи мають термозахист на драйвері. При перегріві драйвер знизить струм на світлодіоди (диммінг), зменшуючи яскравість, але запобігаючи миттєвому спаленню. Це дасть час помітити проблему.
Чи достатньо охолодження для роботи в режимі DRL (денні ходові вогні)?
Більш ніж. У режимі DRL потужність зазвичай знижена до 20-30%, тепловиділення мінімальне. Найбільше навантаження — це довготривала робота ближнього/дальнього світла на повній потужності.