Chłodzenie lamp LED – poradnik dla twórców i projektantów

Chłodzenie lamp LED – poradnik dla twórców i projektantów

🔧 WSTĘP

LED nie umiera od prądu. Umiera od ciepła.

Większość ludzi myśli, że LED „się nie grzeje”. Bo przecież to nie HPS, nie żarnik, nie świetlówka. Ale LED – szczególnie mocny, growowy – oddaje więcej ciepła niż klasyczna lutownica, tylko robi to lokalnie, precyzyjnie, i cicho.

Cicho... do czasu.

Ten poradnik powstał, żeby:

  • pokazać, co to znaczy dobre chłodzenie (i że „duży radiator” to nie zawsze wystarczy),
  • wytłumaczyć fizykę prostym językiem, ale z pełnym szacunkiem do wzorów,
  • dać Ci narzędzia, żeby Twoja lampa działała latami – a nie tylko do końca cyklu,
  • i przy okazji – odczarować mit, że wentylator = porażka, a pasyw = zawsze „okrojony budżet”.

Nieważne, czy robisz lampę DIY, projektujesz system do growboxa, czy testujesz gotowca. Jeśli chcesz, żeby LED świecił stabilnie, efektywnie i bezpiecznie – to jesteś we właściwym miejscu.

📚 Spis treści

  1. Wstęp – LED nie umiera od prądu, tylko od ciepła
  2. Transfer ciepła – jak LED oddaje to, czego nie potrzebuje
  3. Rth – rezystancja termiczna układu
  4. Chłodzenie pasywne – cisza, prostota, niezawodność
  5. Chłodzenie aktywne – wentylator, który robi robotę
  6. Chłodzenie hybrydowe – heatpipe i inżynieria z laptopów
  7. Materiały termoprzewodzące – pasta, pad, klej
  8. Chłodzenie w lampach do uprawy – realne przypadki
  9. Błędy w chłodzeniu – i jak ich nie popełniać
  10. Test chłodzenia – gdzie dotknąć, co zmierzyć
  11. Zakończenie – chłodzenie to fizyka, nie magia

🌡️ MODUŁ 1: Po co w ogóle chłodzić LED?

Czyli jak temperatura zabija diodę – po cichu, ale skutecznie

🧠 WSTĘP – Na chłopski rozum:

LED to nie żarówka. Nie oddaje ciepła przez promieniowanie jak filament. Nie działa w próżni. Działa na styku chip → podłoże → radiator → powietrze.

Jeśli temperatura na złączu p-n (Tj) przekroczy granicę:

  • LED traci jasność,
  • LED zmienia barwę,
  • LED degraduje strukturę krystaliczną,
  • a jak przesadzisz – po prostu umiera.

🔬 CZĘŚĆ 1: Temperatura złącza a żywotność LED-a

Każdy LED ma w datasheecie Tj max – zwykle 105–125°C. Ale to tylko absolutna granica. Już powyżej 85°C:

Parametr Efekt
Strumień świetlny (lumeny) Spada – nawet o 10–20%
Barwa (CCT) Dryfuje – żółknięcie, zmiana widma
CRI (Ra) Może spaść o kilka punktów
Degradacja fosforu Przyspiesza – brązowienie i martwe piksele
Żywotność (L70) Spada wykładniczo

📌 Przykład:
Samsung LM301H przy 25°C = L70 > 50 000 h
Ten sam LED przy 95°C = L70 ~ 20 000 h
Ten sam LED przy 115°C = L70 < 10 000 h

📈 CZĘŚĆ 2: Skąd to ciepło?

LED ma sprawność np. 40%. Reszta → ciepło. LED 100 W @ 40% sprawności → 60 W ciepła. To więcej niż klasyczna lutownica. I trzeba to odprowadzić.

A LED-y mają jeszcze jedną cechę:

  • są małe,
  • nie mają własnego „klosza”,
  • i nie przeżywają przegrzania – nawet chwilowego.

❄️ CZĘŚĆ 3: Co robi chłodzenie?

Celem chłodzenia LED nie jest „zrobić zimno”. Celem jest:

utrzymać Tj LED-a na poziomie, który nie zabija go powoli.

To oznacza:

  • dobre przekazanie ciepła z chipa do radiatora (niska Rth),
  • wystarczającą powierzchnię oddawania (żebra, masa, konwekcja),
  • odpowiednią wentylację (pasywną lub aktywną),
  • i unikanie pułapek jak „radiator do góry nogami”, „pasta na 3 mm” czy „zamknięta lampa bez szczelin”.

✅ CZĘŚĆ 4: Dlaczego pasywne chłodzenie działa – o ile nie jest przypadkowe

Mit: „Pasywne chłodzenie to tylko do małych lamp”.
Fakt: Źle dobrane pasywne chłodzenie to problem. Ale dobre – to cisza, trwałość i stabilność.

Co musi się zgadzać:

  • odpowiednia powierzchnia żeber (A),
  • orientacja pionowa (naturalna konwekcja),
  • odpowiedni przekrój profilu (masa + przewodność),
  • brak przeszkód dla przepływu powietrza (zaklejony growbox = dramat).

📏 Nawet 240 W lampa LED może działać 100% pasywnie,
jeśli radiator ma Rth ~ 0.5–0.8 K/W i dobry kontakt z LED.

📚 ŹRÓDŁA:

  • CREE – LED Junction Temperature and Performance
  • Samsung – Thermal Effects on LED Life and Color
  • Bridgelux – LED Lifetime and Reliability White Paper
  • IEC 62717 – Performance Requirements for LED Modules
  • Nichia – Junction Temperature vs. Output Charts

✅ WNIOSKI:

  • LED-a nie zabija napięcie. Zabija go temperatura.
  • 60°C na radiatorze może oznaczać 100°C na chipie.
  • Im chłodniej – tym dłużej świeci, stabilniej, jaśniej.
  • Pasywne chłodzenie to nie półśrodek. To strategia, która działa, jeśli policzysz ją lepiej niż przypadek.

🔬 MODUŁ 2: Transfer ciepła – jak LED oddaje to, czego nie potrzebuje

Fizyka chłodzenia w praktyce: przewodzenie, konwekcja, promieniowanie

🧠 WSTĘP – Na chłopski rozum:

Ciepło z LED-a musi gdzieś pójść.
Problem: LED nie ma jak sam go oddać – to nie żarówka z bańką.
Dlatego musisz je:

  1. zebrać z chipa,
  2. przewieźć do radiatora,
  3. oddać do powietrza.

Ten proces to transfer ciepła. A konkretnie:

  • przewodzenie (z chipa do radiatora),
  • konwekcja (z radiatora do powietrza),
  • promieniowanie (mało, ale warto znać).

Wszystko można zrozumieć i policzyć – nie trzeba być termodynamikiem z NASA.

♨️ CZĘŚĆ 1: Przewodzenie ciepła – ciepło płynie przez materiał

Wzór:
Q = λ · A · ΔT / d

Gdzie:

  • Q – moc cieplna (W)
  • λ – przewodność cieplna materiału (W/m·K)
  • A – powierzchnia styku (m²)
  • ΔT – różnica temperatur (K)
  • d – grubość warstwy (m)

Przykład 1:

  • Pasta termiczna: λ ≈ 1–10 W/m·K
  • Aluminium: λ ≈ 200 W/m·K
  • Ceramika: λ ≈ 20 W/m·K
  • Powietrze (np. przy złym kontakcie): λ ≈ 0.026 W/m·K ← dramat

🔴 Wniosek:
Mikroskopijna szczelina z powietrzem robi z chłodzenia żart.
Dlatego dajesz pastę – żeby nie było powietrza, a nie „żeby chłodziła”.

💨 CZĘŚĆ 2: Konwekcja – oddanie ciepła do powietrza

Wzór (prawo Newtona chłodzenia):
Q = h · A · ΔT

Gdzie:

  • h – współczynnik konwekcji (W/m²·K)
  • A – powierzchnia radiatora (m²)
  • ΔT – różnica temperatur między radiatorem a otoczeniem (K)

Wartości h:

Rodzaj chłodzenia h (W/m²·K)
Pasywne (naturalna konwekcja) 5–25
Aktywne (z wentylatorem) 30–250
Nadmuch wymuszony w obudowie 50–100

🔵 Wniosek:
Większa powierzchnia + lepszy przepływ powietrza = więcej ciepła odprowadzonego.
Dlatego żebra, ułożone pionowo, ratują LED-a.

☢️ CZĘŚĆ 3: Promieniowanie cieplne – czyli fizyka 2.0

Wzór (Stefan–Boltzmann):
Q = ε · σ · A · (T⁴ – Totoczenia⁴)

Gdzie:

  • ε – emisyjność powierzchni (0–1)
  • σ – stała Stefana-Boltzmanna (5.67×10⁻⁸ W/m²·K⁴)
  • A – powierzchnia
  • T – temperatura powierzchni (K)

💡 Czarna, matowa powierzchnia (ε ≈ 0.9) lepiej promieniuje ciepło niż srebrna, błyszcząca (ε ≈ 0.05).

🔵 Wniosek:
Czarne żeberka aluminiowe grzeją się mniej, bo szybciej oddają ciepło – głównie przez promieniowanie.

⚠️ CZĘŚĆ 4: Gdzie może się zatkać termicznie?

  • Pasta termiczna – za grubo / wyschnięta = wzrasta d
  • Źle dokręcony COB = mała A, duże d
  • Gładka, błyszcząca obudowa = słaba emisja (niska ε)
  • Brak przepływu powietrza = niskie h
  • Poziome ułożenie radiatora = zabita konwekcja

📚 ŹRÓDŁA:

  • Incropera & DeWitt – Fundamentals of Heat and Mass Transfer
  • CREE – Thermal Management Fundamentals
  • Bergquist – Thermal Interface Materials White Paper
  • Osram – LED Cooling and Heat Transfer Basics
  • Nichia – Radiative vs Convective Cooling in LED Systems

✅ WNIOSKI:

  • Każdy element między chipem a powietrzem ma swoją rezystancję cieplną.
  • Prawdziwe chłodzenie to system: chip → podłoże → pasta/pad → radiator → powietrze.
  • I jak zatniesz się na jednym z tych kroków – reszta nie uratuje LED-a.

🧮 MODUŁ 3: Rₜₕ – rezystancja termiczna układu

Jak bardzo ciepło „blokuje się” w Twoim montażu – i gdzie konkretnie

🧠 WSTĘP – Na chłopski rozum:

Z prądem mamy Ohma (R, czyli opór).
Z ciepłem mamy Rth (rezystancję cieplną).
To dokładnie to samo:
Im większa Rth, tym więcej ciepła „zostaje” i podnosi temperaturę.

W LED-ach to kluczowe, bo cały układ to taki cieplny tor przeszkód.
Każdy odcinek – chip, pad, pasta, radiator, powietrze – dodaje swój opór.
I to wszystko da się policzyć. Praktycznie.

🔢 CZĘŚĆ 1: Definicja Rₜₕ – i co z niej wynika

Wzór:
Rth = ΔT / P

Gdzie:

  • ΔT = różnica temperatur (°C lub K)
  • P = moc cieplna (W)

Jednostka: °C/W (albo K/W – to samo w praktyce)

🔎 Przykład:

  • LED ma 100 W mocy, sprawność 40% → 60 W ciepła
  • Radiator z całościowym Rth = 1.0 K/W
  • → temperatura diody wzrośnie o 60 K = 60°C
  • Jeśli otoczenie ma 25°C, to chip ma ~85°C.

🧱 CZĘŚĆ 2: Warstwy Rₜₕ – czyli termiczna kanapka

Każdy LED ma wiele warstw, przez które musi uciec ciepło:

Warstwa Typowe Rth
Chip LED → podłoże 0.2–0.5 K/W
Podłoże LED → radiator (przez pastę/pad) 0.1–1.0 K/W
Radiator (wewnętrzne przewodzenie) 0.2–0.8 K/W
Radiator → powietrze (konwekcja) 0.5–2.0 K/W

📌 Sumarycznie: dobry układ COB z pasywnym chłodzeniem ma całościowe Rth ok. 1.0–1.5 K/W.
Im więcej watów – tym bardziej ten opór zaczyna boleć.

📏 CZĘŚĆ 3: Datasheet mówi Ci prawdę (jeśli wiesz, gdzie patrzeć)

Każdy porządny producent LED podaje:

  • Tj max – maksymalna temperatura złącza (np. 105°C)
  • Rth junction-to-case – np. 0.3 K/W
  • Forward voltage + prąd – np. 36 V @ 2800 mA → 100.8 W, z czego ~60 W idzie w ciepło

Z tego policzysz wszystko. I sprawdzisz, czy Twoje chłodzenie się mieści.

🔧 CZĘŚĆ 4: Jak to się przekłada na praktykę?

Przykład realny:

  • COB 100 W @ 60 W strat cieplnych
  • Chcesz, żeby chip miał max 85°C
  • Otoczenie: 25°C
  • → możesz mieć 60 K różnicy
  • 60 W / 60 K = Rth total max = 1.0 K/W

Więc:

  • jeśli LED ma Rth j-c = 0.3
  • a pasta + docisk = 0.2
  • to radiator musi mieć ≤0.5 K/W

…i nagle to się robi wykonalne – pasywnie!

🧠 CZĘŚĆ 5: Pasywne chłodzenie nie jest słabe – jeśli masz Rₜₕ na oku

Nie chodzi o „duży radiator”.
Chodzi o odpowiedni radiator z odpowiednim Rth.

A to zależy od:

  • powierzchni aktywnej (zewnętrzne A),
  • masy (wewnętrzne przewodzenie),
  • ułożenia (pion → lepsza konwekcja),
  • faktury i koloru (matowy → lepsze promieniowanie).

Dobrze dobrany radiator 500–800 cm² spokojnie radzi sobie z LED-em 100–150 W bez wentylatora.

📚 ŹRÓDŁA:

  • Bridgelux – Thermal Resistance and Heat Flow in COB
  • Cree – Understanding LED Junction-to-Case Resistance
  • Osram – Rth Modeling in Passive Lighting Systems
  • IEC 60838 – LED Module Thermal Parameters

✅ WNIOSKI:

  • Rth to klucz do wszystkiego: on Ci mówi, ile stopni dorzucasz przy każdym watcie ciepła.
  • Jeśli cały układ ma Rth 1.2 K/W i 60 W strat = LED robi się 72°C cieplejszy niż otoczenie.
  • I to nie jest „źle” – o ile wiesz, że jesteś pod limitem.
  • Pasywne chłodzenie daje radę. Trzeba je tylko przeliczyć, a nie „wziąć największy radiator z szuflady”.

🪨 MODUŁ 4: Chłodzenie pasywne

Cisza, prostota, niezawodność – pod warunkiem, że policzone jak trzeba

🧠 WSTĘP – Na chłopski rozum:

Pasywne chłodzenie to święty Graal DIY-owych lamp LED:

  • brak hałasu,
  • brak części ruchomych,
  • zero ryzyka, że wentylator padnie w środku cyklu kwitnienia.

Ale… działa tylko wtedy, gdy:

  • masz gdzie oddać ciepło,
  • powietrze ma którędy przejść,
  • radiator ma jak zbierać i oddawać energię,
  • a LED ma z nim dobry kontakt.

📏 CZĘŚĆ 1: Ile watów da się chłodzić pasywnie?

To nie magia, to czysta fizyka.

Pasywny radiator daje zwykle:

  • Rth ≈ 0.5–1.5 K/W (w zależności od powierzchni, kształtu, montażu)

Przykładowo:

Moc LED Rth potrzebny Powierzchnia radiatora (min)
50 W 1.2 K/W ~300 cm²
100 W 1.0 K/W ~600 cm²
150 W 0.7 K/W ~900 cm²
240 W 0.5–0.6 K/W ~1400–1800 cm²

📌 Te wartości zakładają: pionowy montaż, dobrą wentylację naturalną i matową powierzchnię.

🧱 CZĘŚĆ 2: Kształt i geometria – czyli żebro żebru nierówne

Co zwiększa skuteczność pasywnego radiatora:

  • dużo cienkich żeber, a nie jeden gruby blok,
  • przerwy między żebrami min. 3–5 mm – żeby konwekcja działała,
  • pionowe ustawienie – ciepłe powietrze samo się unosi,
  • matowa powierzchnia – lepsze promieniowanie.

💡 Radiator leżący poziomo = zabita konwekcja = wyższe Rth o 30–50%

🪵 CZĘŚĆ 3: Płyta aluminiowa – kiedy wystarczy, kiedy nie

Często spotykany setup:

  • aluminiowa płyta 3–5 mm, bez żeber,
  • COB lub QB na środku,
  • brak wentylatora, brak osłony.

Czy to działa?

  • ✔️ Tak – jeśli masz dużą powierzchnię (min. 800–1000 cm² na 100–150 W)
  • ✔️ I jeśli LED dobrze kontaktuje przez pastę/pad
  • ❌ Nie – jeśli wszystko jest zamknięte w szczelnej obudowie
  • ❌ Nie – jeśli radiator to surowe, błyszczące alu

🧊 CZĘŚĆ 4: Chłodzenie przez profil aluminiowy – najlepszy stosunek masy do chłodzenia

  • Profile LED do QB/barów – gotowe kształty, np. 60 × 30 mm
  • Dużo żeber = duża powierzchnia aktywna
  • Lekkie, ale skuteczne
  • Często malowane proszkowo = lepsza emisyjność

💡 Przy ~1 m profilu o przekroju 60 mm × 30 mm można pasywnie chłodzić nawet 150–200 W, jeśli są 2–3 punkty wentylacyjne.

🛑 CZĘŚĆ 5: Kiedy pasywne chłodzenie przestaje wystarczać?

Gdy:

  • Rth radiatora przekracza 1.5 K/W
  • moc LED > 250 W
  • lampa zamknięta w obudowie bez przewiewu
  • powietrze wokół ma >35°C i nie ma cyrkulacji

Wtedy:

  • możesz dodać mały wentylator (obniża Rth o 2–5×),
  • albo przeprojektować radiator (więcej żeber, większa wysokość, cieplejsze barwy)

📚 ŹRÓDŁA:

  • Fischer Elektronik – Aluminium Heat Sink Design Guide
  • Bergquist – Convection and Radiation in Passive Cooling
  • Bridgelux – Application Note: Passive Thermal Management
  • IEC TR 62471-2 – Thermal Behaviour of LED Sources

✅ WNIOSKI:

  • Pasywne chłodzenie to nie budżetowe wyjście – to strategiczne rozwiązanie, jeśli dobrze policzone.
  • Powierzchnia, ułożenie i materiał = klucz.
  • 240 W LED da się chłodzić pasywnie – jeśli masz ~1500 cm² radiatora, dobrą pastę i wentylację.
  • Pasyw nie hałasuje, nie psuje się i nie zbiera kurzu w łożyskach.

🌬️ MODUŁ 5: Chłodzenie aktywne

Wentylator nie musi być głośny – ale musi robić robotę. Inaczej tylko się kręci.

🧠 WSTĘP – Na chłopski rozum:

Czasem pasywne chłodzenie to za mało:

  • lampa ma 300 W+
  • radiator jest za mały (bo musi się zmieścić)
  • działa w gorącym growboxie bez przewiewu
  • potrzebujesz stałej temperatury pracy, niezależnie od pory dnia

Wtedy wchodzi aktywne chłodzenie – wentylator, który pomaga powietrzu odprowadzić ciepło.

Ale żeby to miało sens:

  • musi być odpowiedni przepływ,
  • w odpowiednim kierunku,
  • i z odpowiednim poziomem hałasu vs skuteczności.

🔄 CZĘŚĆ 1: Jak wentylator zmienia fizykę

Przy aktywnym chłodzeniu, h w równaniu Newtona (Q = h·A·ΔT) skacze z 10–20 do nawet 100–200 W/m²·K.

To oznacza:

  • nawet 5× więcej ciepła odprowadzonego z tej samej powierzchni,
  • możliwość użycia mniejszych radiatorów,
  • możliwość utrzymania LED-a w niższej temperaturze → lepsze widmo, dłuższa żywotność

💡 Wentylator nie chłodzi sam z siebie. On przyspiesza wymianę powietrza przy radiatorze.

🧰 CZĘŚĆ 2: Typy wentylatorów – co wybrać do lampy LED

Typ Zalety Wady Kiedy używać
Axialny (komputerowy) cichy, tani, popularny słaby przy dużych oporach otwarte chłodzenie, QB
Radialny (blower) mocny strumień, kierunkowy głośniejszy zamknięte obudowy, bar LED
Turbina laptopowa płaska, mocna, cicha trudna w zasilaniu, droższa slim lampy, niski profil
Wentylator tunelowy duży przepływ wielki rozmiar chłodzenie całej obudowy / racki

💡 Najczęściej stosuje się 12 V / 24 V wentylatory z PWM – można sterować prędkością (hałasem).

🧱 CZĘŚĆ 3: Montaż wentylatora – co robić, czego nie robić

  • ✅ Wdmuchiwanie zimnego powietrza od spodu radiatora
  • ✅ Ustawienie pionowe żeber – wspiera konwekcję
  • ✅ Użycie gumowych dystansów – mniejsze wibracje
  • ✅ Filtr przeciwkurzowy – szczególnie w growboxach
  • ✅ Sterowanie PWM lub termiczne (np. termistor + układ 555)
  • ❌ NIE dmuchaj od góry – tłumisz konwekcję
  • ❌ NIE daj wentylatora bez nawiewu/wywiewu z obudowy
  • ❌ NIE zostaw kabla 12 V „na słowo honoru” – zrób gniazdo

🔌 CZĘŚĆ 4: Zasilanie wentylatora – nie pomyl poziomów

  • Standardowe napięcia:
    • 5 V – małe, laptopowe
    • 12 V – najpopularniejsze
    • 24 V – profesjonalne, przemysłowe
  • Prąd: typowo 0.1–0.3 A (czyli 1.2–3.6 W)

💡 Uwaga! Podpięcie 12 V wentylatora pod 24 V = zgon w 5 sekund.

Jeśli używasz drivera LED 24 V – odseparuj zasilanie wentylatora (np. przez step-down buck converter).

🌡️ CZĘŚĆ 5: Co daje wentylator w praktyce?

Przykład realny (QB 240 W):

  • pasywnie: Rth radiatora = 0.8 K/W
  • z wentylatorem 120 mm @ 800 RPM: Rth ≈ 0.3–0.4 K/W
  • spadek temperatury o ~25°C
  • LED z 90°C spada do ~65°C → znaczący wpływ na żywotność

📚 ŹRÓDŁA:

  • Noctua – Fan Technology and Thermal Simulation Guide
  • Delta – Axial vs Blower Fan Comparison for LED Cooling
  • Sunon – Silent Cooling in LED Applications
  • IEC 62384 – DC Fan Integration with LED Circuits

✅ WNIOSKI:

  • Wentylator nie musi być głośny – ale musi mieć przepływ
  • Dobrze dobrany i zamontowany fan ratuje diody i wydłuża życie LED-a o tysiące godzin
  • Jeśli pasywnie nie ogarniasz, nie panikuj – aktywne chłodzenie to nie porażka, tylko świadomy wybór
  • Tylko zrób to z głową: kierunek powietrza, zasilanie, stabilny montaż

🧊 MODUŁ 6: Chłodzenie hybrydowe

Gdy pasyw nie wystarcza, a sam wentylator to za mało – wchodzi trzecia opcja: inżynieria termiczna z laptopów i projektorów

🧠 WSTĘP – Na chłopski rozum:

Znasz to z laptopów:

  • ciepło z procesora nie trafia do wiatraka bezpośrednio,
  • tylko przez cienką rurkę – heatpipe,
  • która przenosi ciepło dalej, do większego radiatora.

W LED-ach high-power robi się podobnie:

  1. LED oddaje ciepło do baseplate’u,
  2. heatpipe przenosi je do zdalnego radiatora,
  3. wentylator odbiera je z tego radiatora.

Taki zestaw to chłodzenie hybrydowe:
→ pasyw + aktyw + transfer cieplny wewnętrzny

🔍 CZĘŚĆ 1: Po co się to robi?

  • Gdy miejsce montażu LED-a nie pozwala na duży radiator (np. lampa slim)
  • Gdy moc jest zbyt duża jak na pasyw bez wiatraka (np. 300 W+)
  • Gdy chcesz rozproszyć ciepło poza obszar LED-a (np. do obudowy / profilu)

💡 Przykład: lampa LED z COB 200 W, płyta o grubości 3 mm, ale zero miejsca na radiator na froncie → heatpipe na tył i chłodzenie za lampą

🔧 CZĘŚĆ 2: Jak działa heatpipe?

Heatpipe (rurka cieplna) = rura z cieczą w środku

  • jeden koniec odbiera ciepło → ciecz paruje
  • para przemieszcza się do zimniejszego końca
  • tam skrapla się → oddaje ciepło → wraca kapilarnie
  • ✅ Brak części ruchomych
  • ✅ Niska masa
  • ✅ Bardzo wydajny transfer cieplny (λ > 10 000 W/m·K efektywnie!)
  • ❌ Wymaga kontaktu i płaskiego montażu
  • ❌ Kosztowna, delikatna, wymaga precyzji

🧱 CZĘŚĆ 3: Typowe układy hybrydowe w lampach LED

Układ Opis Zastosowanie
Baseplate + heatpipe + radiator LED → płytka aluminiowa → heatpipe → radiator z wentylatorem lampa z cienkim frontem, COB 100–300 W
Radiator z wentylem + wspomagający heatpipe klasyczny radiator z heatpipe’ami włożonymi między żebra QB high-power, HQ growboxy
Cała rama jako radiator heatpipe przenosi ciepło do obudowy lampy design lampy LED „premium” z chłodzącym profilem

🧪 CZĘŚĆ 4: Jak to złożyć, żeby działało

  • ✅ Idealnie płaski kontakt – między LED a baseplate, i między pipe a radiatorem
  • ✅ Pasta/pad termoprzewodzący zawsze tam, gdzie jest styk metal-metal
  • ✅ Mocowanie sprężyste – śruby z podkładką sprężynującą albo klamry
  • ✅ Nie zgniataj heatpipe’ów – połamiesz kapilarę = koniec

💡 Heatpipe nie działa „lepiej jak dasz dwa” – działa dobrze, jeśli ma skąd i dokąd przenosić, z dobrym stykiem

⚠️ CZĘŚĆ 5: Co może pójść źle?

  • ❌ Heatpipe oderwany / niedociśnięty → nie działa → ciepło zostaje na chipie
  • ❌ Za krótki → nie odprowadza wystarczająco
  • ❌ Bez wentylatora / odbiornika → para się nie skrapla = zatrzymanie obiegu
  • ❌ Heatpipe do plastiku → bez sensu, musi być do metalu o dobrej λ

📚 ŹRÓDŁA:

  • Cooler Master – Heatpipe Technology Primer
  • Sunon – Advanced LED Cooling with Vapor Chambers
  • Osram – Thermal Transfer in Compact High-Power Systems
  • CREE – Application of Hybrid Cooling in COB Systems

✅ WNIOSKI:

  • Hybryda to nie overkill – to rozwiązanie do specyficznych problemów z przestrzenią i mocą
  • Działa świetnie, jeśli:
    • LED ma dobry kontakt z bazą,
    • heatpipe ma gdzie odprowadzać ciepło,
    • a radiator z wentylem odbiera je realnie
  • Heatpipe to technologia z laptopów i high-end lamp – ale działa też w DIY, jeśli masz miejsce i precyzję

🧴 MODUŁ 7: Materiały termoprzewodzące

LED grzeje. Radiator chłodzi. A między nimi? Warstwa, która wszystko może zepsuć – albo uratować.

🧠 WSTĘP – Na chłopski rozum:

Ciepło z LED-a nie przechodzi „magicznie” do radiatora.
Między nimi zawsze jest:

  • trochę powietrza (jeśli nic nie dasz),
  • albo pasta,
  • albo pad,
  • albo klej.

I to, co tam dasz, robi ogromną różnicę w Rth całego układu.

🔍 CZĘŚĆ 1: Po co to w ogóle jest?

Bo nawet najbardziej wypolerowane aluminium ma mikronierówności.
I między LED-em a radiatorem zostaje powietrze – które ma λ ≈ 0.026 W/m·K.
To katastrofa.

Dlatego używasz:

  • past (płynne, niskie Rth)
  • padów (stałe, łatwe w montażu)
  • klejów (trwale łączą i przewodzą)

📊 CZĘŚĆ 2: Porównanie – pasta vs pad vs klej

Cecha Pasta Pad Klej
Przewodność cieplna λ 1–12 W/m·K 1–6 W/m·K 1–5 W/m·K
Grubość warstwy 10–100 µm 0.2–1 mm 0.1–0.3 mm
Rth styku najniższe wyższe średnie
Demontaż łatwy łatwy niemożliwy
Trudność aplikacji średnia łatwa łatwa
Ryzyko błędu wysycha, za dużo podnosi LED zły rozkład = tragedia

🧪 CZĘŚĆ 3: Pasta termoprzewodząca – jak ją nakładać?

  • ✅ cienka warstwa – im cieńsza, tym lepszy kontakt
  • ✅ tylko na środek – potem docisk rozprowadza równomiernie
  • ✅ nie używaj pasty z metalem przewodzącym prąd (np. z cząstkami srebra) jeśli LED nie jest galwanicznie odseparowany

🔧 Przykłady:
• Arctic MX-4 (λ ≈ 8.5)
• Thermal Grizzly Kryonaut (λ ≈ 12.5)
• Dow Corning 340 (λ ≈ 1.0 – do elektroniki LED)

🧼 CZĘŚĆ 4: Pad termiczny – prosty, czysty, wystarczający

  • ✅ Dobre do QB, taśm LED, średnich mocy
  • ✅ Grubość: 0.3–1 mm
  • ✅ Ważne: docisk! Pad musi być ściśnięty, nie tylko „położony”

💡 Przy LED-ach do 150 W pad może dać Rth rzędu 0.5–1.0 K/W – wystarczy, jeśli radiator daje radę

🔧 Przykłady:
• Bergquist Sil-Pad
• Keratherm U Thermal Interface
• Arctic Thermal Pad

🧷 CZĘŚĆ 5: Klej termiczny – raz i na zawsze

  • ✅ Dobre do LED <50 W
  • ✅ Trzyma mechanicznie i termicznie
  • ❌ Jak się pomylisz – nie poprawisz

Używaj tylko jeśli:

  • LED nie musi być wymienialny
  • nie masz możliwości śrubowania
  • podłoże jest czyste i nieodkształcalne

🔧 Przykłady:
• AG Thermoglue
• Halnziye HY 610
• Electrolube TBS

🛠️ CZĘŚĆ 6: Co zrobić, żeby warstwa działała najlepiej?

  • Oczyść powierzchnie (IPA, bez kurzu i palców)
  • Rozprowadź równomiernie – bez pęcherzy
  • Nie daj za grubo – warstwa ≠ poduszka
  • Zabezpiecz montaż – np. śrubami, klipsem, obudową

📚 ŹRÓDŁA:

  • Arctic – TIM Application Guide
  • Bergquist – Selecting Thermal Interface Materials
  • Dow – Silicone Compounds for LED Assembly
  • IEC TR 61340 – Electrostatic Risks and TIM Materials

✅ WNIOSKI:

  • To, co dasz między LED a radiator, robi większą różnicę niż sam radiator
  • Pasta = wydajność, ale trzeba uważać
  • Pad = wygoda i czystość, dobry kompromis
  • Klej = raz na zawsze, tylko dla pewnych rozwiązań

🌱 MODUŁ 8: Chłodzenie w lampach do uprawy

COB, QB, bary – realne przykłady, realne temperatury, realne błędy

🧠 WSTĘP – Na chłopski rozum:

Growbox to piekarnik z wilgocią:

  • mało miejsca,
  • słaba cyrkulacja,
  • podwyższona temperatura,
  • do tego kurz i para z roślin.

Każda lampa LED tam włożona musi mieć lepsze chłodzenie niż to wynika z tabelki.
Tu nie wystarczy „jakoś tam świeci” – bo:

  • LED + wilgoć + ciepło = degradacja fosforu, spadek efektywności,
  • zły kontakt = grzanie lokalne = martwe piksele,
  • brak cyrkulacji = radiator robi się grzałką.

💡 CASE 1: COB 100 W – pasywne chłodzenie, płyta + radiator żeberkowy

Setup:

  • Bridgelux Vero29, 36 V @ 2.8 A
  • Radiator: 120×120×60 mm, pionowe żebra
  • Pasta: Arctic MX-4
  • Obudowa: otwarta, przewiew w boxie

Pomiar po 1h pracy:

  • Radiator: 57°C
  • Spód COB (termopara w wywierconym kanale): ~78°C
  • Box: 28°C

Wniosek:

  • ✔️ Chłodzenie pasywne działa idealnie
  • ✔️ Cisza, stabilna praca, brak spadków jasności
  • ❗ Gdyby radiator był poziomo – temperatura wzrosłaby o ~10–15°C

📐 CASE 2: QB 240 W – cienka płyta aluminiowa, pasyw bez żeber

Setup:

  • 2× Samsung LM301H 288-diodowe
  • Backplate: alu 3 mm, 320×240 mm
  • Brak pasty, montaż na dystansach
  • Driver poza boxem (HLG-240H)

Pomiar po 1h:

  • Płyta: 72°C
  • Box: 29°C
  • Spadek jasności: ok. 5% po nagrzaniu

Wniosek:

  • ❗ Za mała powierzchnia aktywna
  • ❗ Brak pasty = punktowe grzanie
  • ✔️ Działa, ale na granicy dopuszczalnych temperatur

💡 Gdyby dać pastę + osłonę żebrowaną – zysk ~10–15°C

📊 CASE 3: Bar LED 80 W – radiator profilowy z otwartym chłodzeniem

Setup:

  • Aluminiowy profil LED 100 cm
  • Diody 2835, 24 V, 3 A
  • Klejenie na taśmie termicznej 3M 8815
  • Wentylacja boxa aktywna (wyciąg + nawiew)

Pomiar:

  • Profil: 60–62°C (środek), 50°C (końce)
  • Box: 27°C
  • Równomierność: OK
  • LED-y: brak degradacji po 3 miesiącach

Wniosek:

  • ✔️ Taśma działa dobrze, o ile profil aluminiowy ma wystarczający przekrój
  • ✔️ Rozprowadzenie ciepła równomierne
  • ❗ W zamkniętej obudowie – temperatura skoczyłaby do 80°C+

⚠️ Typowe błędy w lampach grow:

  • poziome radiatory z gęstymi żeberkami (blokują konwekcję)
  • brak pasty lub padów – ciepło zostaje na LED
  • brak miejsca nad lampą = powietrze się nie rusza
  • LED przyklejony do drewna / PVC / plastiku (!)

📚 ŹRÓDŁA:

  • Testy praktyczne (Growlab, 2024–2025)
  • Samsung – Thermal Design with LM301
  • Mean Well – HLG Series Thermal Case Studies
  • Osram – Grow Lamp Thermal Management Guide

✅ WNIOSKI:

  • Growbox to specyficzne środowisko – trzeba liczyć z górką
  • Pasywne chłodzenie? TAK – jeśli zaprojektowane pod warunki boxa
  • Każdy 1°C mniej to dłuższe życie LED-a, stabilne spektrum i mniej ryzyka
  • Nie licz tylko na datasheet – licz na to, co pokazuje termometr.

🛑 MODUŁ 9: Błędy w chłodzeniu

Bo nawet najlepszy LED zginie, jeśli radiator leży na dachu lampy i nie ma pasty

🧠 WSTĘP – Na chłopski rozum:

W chłodzeniu LED-ów nigdy nie chodzi o cud.
Zawsze chodzi o fizykę:

  • ciepło musi wyjść z chipa,
  • przejść przez wszystkie warstwy,
  • i trafić do powietrza.

Jeśli coś tu zawalisz – temperatura rośnie, LED się degraduje, a Ty zostajesz z lampą, która świeci coraz słabiej i coraz cieplej.

❌ BŁĄD 1: „Nie dałem pasty, bo radiator dobrze przylega”

  • 🔴 Problem: mikroszczeliny = powietrze = dramat
  • 🌡️ Skutek: punktowe przegrzanie LED-a, przyspieszona degradacja
  • 🛠️ Rozwiązanie: zawsze dawaj pastę lub pad (nawet cienki), nawet jeśli radiator jest polerowany

❌ BŁĄD 2: Radiator poziomo albo do dołu

  • 🔴 Problem: naturalna konwekcja NIE działa
  • 🌡️ Skutek: żebra grzeją się nawzajem, zamiast oddawać ciepło
  • 🛠️ Rozwiązanie: radiator pionowo lub przynajmniej lekko nachylony, żeberka pionowe

❌ BŁĄD 3: Obudowa zamknięta szczelnie

  • 🔴 Problem: brak wymiany powietrza → powolne duszenie lampy
  • 🌡️ Skutek: radiator robi się grzałką, temperatura LED rośnie mimo pozornego chłodzenia
  • 🛠️ Rozwiązanie: otwory wentylacyjne, szczeliny, pasywny przepływ powietrza w górę

❌ BŁĄD 4: Za mały radiator „bo ładnie wygląda”

  • 🔴 Problem: Rth zbyt duże
  • 🌡️ Skutek: temperatura LED > 90°C, spadek strumienia świetlnego
  • 🛠️ Rozwiązanie: licz z watów i Rth, nie z wyglądu – 240 W LED potrzebuje ~1500 cm² aktywnego radiatora

❌ BŁĄD 5: Taśma LED bez radiatora

  • 🔴 Problem: klej nie odprowadza ciepła – sam się odkleja
  • 🌡️ Skutek: diody grzeją się, matowieją, gasną
  • 🛠️ Rozwiązanie: profil aluminiowy + taśma termiczna lub klej

❌ BŁĄD 6: Wentylator źle zamontowany

  • 🔴 Problem: dmucha od góry albo na ślepo
  • 🌡️ Skutek: turbulencje, powietrze nie opuszcza radiatora
  • 🛠️ Rozwiązanie: nadmuch od spodu / bokiem, zgodnie z przepływem naturalnym

❌ BŁĄD 7: LED przyklejony do drewna / tworzywa

  • 🔴 Problem: przewodność cieplna ≈ 0
  • 🌡️ Skutek: LED trzyma całe ciepło w sobie
  • 🛠️ Rozwiązanie: tylko metalowe powierzchnie, najlepiej anodowane aluminium

❌ BŁĄD 8: „Jakoś działa, więc nie sprawdzam”

  • 🔴 Problem: brak pomiarów = brak informacji
  • 🌡️ Skutek: LED może być już na granicy zgonu, a Ty nic nie wiesz
  • 🛠️ Rozwiązanie: zmierz temperaturę po 30–60 minutach pracy – jeśli masz >80°C na radiatorze, działasz na kredyt

📚 ŹRÓDŁA:

  • Samsung – LED Thermal Design Mistakes
  • Cree – Field Failures from Poor Thermal Interfaces
  • Noctua – Fan Misalignment in Thermal Systems
  • IEC 60598 – Common Faults in Enclosed LED Fixtures

✅ WNIOSKI:

  • W chłodzeniu LED nie trzeba cudów – wystarczy nie popełniać głupich błędów
  • Pasta, pionowe ułożenie, swobodny przepływ powietrza – to absolutna podstawa
  • Jak raz dobrze zrobisz, to będzie działać latami. Ale jak raz źle – może nie działać nawet miesiąca.

🧪 MODUŁ 10: Test chłodzenia

Nie musisz mieć laboratorium. Wystarczy wiedzieć, co dotknąć, co zmierzyć i co to znaczy.

🧠 WSTĘP – Na chłopski rozum:

W LED-ach nie czekasz na awarię.

  • One nie „padają” jak żarówka.
  • One gasną powoli,
  • świecą coraz słabiej,
  • aż przestają świecić „jak kiedyś”.

Dlatego test chłodzenia to nie bonus – to obowiązkowa część montażu.
Lepiej 10 minut z termometrem niż 10 dni z reklamacją.

🌡️ CZĘŚĆ 1: Co i czym mierzyć?

Narzędzie Do czego
Termometr IR szybki pomiar temperatury radiatora, COB, płyty
Sonda K (termopara) dokładny pomiar złącza COB (np. przez otwór w radiatorze)
Palec detekcja różnic, gorących punktów, podejrzanych miejsc
Multimetr z czujnikiem temp. wolniejszy, ale wystarczający dla testu pasywnego
Kamera termowizyjna (opcjonalnie) pełna mapa cieplna – ideał, ale niekonieczna

⏱️ CZĘŚĆ 2: Kiedy mierzyć?

  1. Włącz lampę.
  2. Poczekaj min. 30 minut pracy – wtedy układ się ustala.
  3. Mierz:
    • punktowo na radiatorze,
    • na LED-zie (jeśli masz dostęp do tylnej części COB),
    • na złączach / kablach, jeśli montaż DIY

🔥 CZĘŚĆ 3: Jakie temperatury są OK, a kiedy robi się gorąco?

Element Temperatura „zdrowa” Alarm
Radiator pasywny 35–65°C >75°C
Spód COB / podkład QB 45–80°C >85°C
Taśma LED 40–60°C >70°C
Złącze/kabel max 10°C powyżej otoczenia jeśli >50°C → coś nie styka

📌 LED-y mają często Tj max = 105°C
→ jeśli radiator ma 75°C, a Rth LED → radiator = 0.5 K/W @ 50 W → jesteś na granicy

🖐️ CZĘŚĆ 4: Test „palcem” – nieprecyzyjny, ale działa

  • Ciepły, ale do zniesienia = prawdopodobnie 45–55°C
  • Nie możesz utrzymać dłużej niż 3 sekundy = >65°C
  • Parzy od razu = 80–90°C → zdecydowanie za dużo

✅ Działa szczególnie dobrze przy testowaniu taśmy LED i barów
✅ Pozwala znaleźć lokalne przegrzania (np. niedociśnięty pad, martwa dioda)

📈 CZĘŚĆ 5: Obserwacja w czasie – co się zmienia?

  • Czy temperatura stabilizuje się po 20–30 minutach?
  • Czy LED świeci z taką samą mocą na starcie i po nagrzaniu?
  • Czy radiator nie ma hot spotów (różnica 10–20°C w jednym radiatorze to zły znak)?
  • Czy wentylator nie zwiększa obrotów dramatycznie (jeśli jest sterowany termicznie)?

💡 Cisza nie oznacza spokoju – może oznaczać, że LED się gotuje w milczeniu.

📚 ŹRÓDŁA:

  • Fluke – Thermal Measurement for Electronics
  • CREE – Application Note: LED Junction Temperature Testing
  • Osram – In-Field Diagnostics for Thermal Failures
  • IEC 60598-2-1 – Measurement of Operating Temperature in Luminaires

✅ WNIOSKI:

  • Mierz. Obserwuj. Nie zgaduj.
  • Jak masz >75°C na radiatorze – sprawdź kontakt, powierzchnię, wentylację
  • LED, który jest chłodzony dobrze, świeci lepiej, dłużej, stabilniej
  • LED, który się grzeje = LED, który zaraz będzie gorszy

✅ ZAKOŃCZENIE

W chłodzeniu LED nie chodzi o wentylator. Chodzi o przepływ – ciepła, powietrza, logiki.

Na końcu dnia:

  • radiator to nie dekoracja – to narzędzie inżynierskie,
  • pasta to nie smar – to kluczowa warstwa termiczna,
  • a temperatura LED-a to nie „oko” – to parametr decydujący o jego życiu i śmierci.

Pasywne chłodzenie? Działa – o ile zaprojektujesz je z głową.
Aktywne? Też działa – o ile nie robisz z wiatraka chaosu.
Hybryda? Czasem to jedyny sposób, żeby utrzymać 300 W LED w formie.

Nie musisz mieć laboratorium, żeby wiedzieć, czy Twoja lampa jest bezpieczna.
Musisz tylko wiedzieć, gdzie przyłożyć termometr – i dlaczego to w ogóle ma znaczenie.

Dzięki, że przeczytałeś.
Teraz daj tej lampie świecić długo. I chłodno.

Powrót do blogu