[FR] Calculateur de surface de dissipateur thermique pour lampes LED

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Une bonne gestion thermique est la condition sine qua non de la fiabilité d'un éclairage LED sur mesure. Une surchauffe de la jonction accélère la dégradation du semi-conducteur de manière exponentielle. Comment déterminer la taille exacte du dissipateur en aluminium nécessaire ? Un surdimensionnement entraîne un coût et un poids superflus, tandis qu'un profilé trop juste met en péril les LED en période estivale.

Afin d'éliminer les approximations et les calculs thermiques fastidieux, nous avons conçu cet outil en ligne. Ci-dessous, nous expliquons les principes physiques en jeu et montrons comment dimensionner efficacement votre dissipateur.

Les Watts consommés ne sont pas des Watts thermiques

Lors du choix d'un dissipateur, on se base souvent sur la puissance électrique globale. Pour une Quantum Board de 100 W, la logique voudrait qu'on dissipe 100 W de chaleur. En suivant l'ancienne règle des « 30 centimètres carrés par Watt », on rechercherait alors un profilé de 3000 cm².

Toutefois, une LED n'est pas une ampoule à incandescence. Sa fonction principale est l'émission de photons. Les puces modernes de qualité (Samsung, Cree, Osram ou Seoul Semiconductor) offrent une efficacité (WPE — Wall-Plug Efficiency) comprise entre 50 % et 80 %.

Qu'est-ce que cela signifie en pratique ?

Pour une board de 100 W avec un rendement de 60 %, 60 W sont convertis en lumière, et seulement 40 W se transforment en chaleur résiduelle qu'il faut évacuer.

Le refroidissement doit donc être calculé pour 40 W (ou 50 W avec une marge de sécurité technique) et non 100 W. L'ancienne règle de 30 cm²/W s'abaisse à environ 25 cm² par Watt électrique avec des LED haut de gamme. À l'inverse, pour des matrices COB bas de gamme (rendement de 20 à 30 %), une consommation de 100 W générera 75 W de chaleur intense.

L'importance de la température de jonction

La température au cœur de la puce (Tj — Junction Temperature) conditionne la longévité de votre luminaire. Les fiches techniques mentionnent souvent des maximums vers 105–120 °C, mais cela constitue la limite de destruction.

La plage de fonctionnement optimale, qui garantit le flux lumineux et les 50 000 heures de vie annoncées, se situe entre 65 °C et 85 °C. Plus la température est basse, meilleur est le rendement.

Conséquences de la surchauffe :

• Baisse du flux lumineux : Plus le semi-conducteur est chaud, moins il émet de photons à courant constant. Passer de 50 °C à 100 °C peut faire chuter la luminosité de 10 %.
• Dégradation du luminophore : Le revêtement phosphorescent jaune se dégrade ou brûle sous l'effet de la chaleur, ce qui altère le spectre lumineux vers le bleu.
• Rupture des micro-câblages : Les cycles répétés de dilatation thermique peuvent rompre les fils d'or microscopiques à l'intérieur du boîtier LED.

Le cheminement thermique

Pour passer de la jonction (Tj) à l'air ambiant (Ta), la chaleur franchit plusieurs barrières thermiques mesurées en Kelvins par Watt (K/W) :

Puce LED → Substrat → Platine aluminium (MCPCB) → Interface thermique (pâte ou pad) → Dissipateur → Air ambiant.

Notre calculateur en ligne intègre ces résistances pour effectuer le calcul automatiquement.

Utiliser le calculateur de dissipateur LED

L'outil modélise instantanément vos besoins :

• Saisissez la puissance électrique totale.
• Sélectionnez le type de LED ou le rendement (WPE) pour obtenir la chaleur à dissiper.
• Renseignez la température ambiante (25 °C en pièce ouverte, 30–35 °C en chambre de culture fermée).
• Définissez la température de jonction Tj cible (entre 70 °C et 85 °C).

RECOMMANDATION : Ajoutez une marge de 10 % à la surface recommandée afin de compenser la surface inférieure du dissipateur recouverte par les modules et optiques.

Trois critères de conception d'un dissipateur

1. Épaisseur de la base (Résistance de diffusion)

Pour des puissances de plus de 50 W, la chaleur doit se diffuser rapidement du centre vers les ailettes. Une base fine (2–3 mm) crée des points chauds au centre. Choisissez des profilés extrudés avec une base d'au moins 4 à 6 mm d'épaisseur.

2. Pas des ailettes (Espacement)

En refroidissement passif, l'air doit circuler librement par convection naturelle. Un espacement inférieur à 6–8 mm emprisonne l'air chaud et forme une isolation thermique. Les ailettes très resserrées nécessitent obligatoirement un ventilateur.

3. Finition de surface (Anodisation)

La chaleur est évacuée par convection et par rayonnement infrarouge. L'aluminium brut réfléchit la chaleur, tandis qu'une anodisation noire de qualité augmente l'émissivité, abaissant la température en mode passif de 1 °C à 2 °C.

Un dimensionnement thermique précis évite une dégradation prématurée de vos luminaires. La mission de SPECLED est de simplifier l'ingénierie de l'éclairage horticole et de rendre la conception LED DIY accessible à tous.

[ES] Calculadora de superficie de disipador de calor para luces LED

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Una disipación térmica adecuada es el pilar fundamental de cualquier luminaria LED personalizada. Si el chip se sobrecalienta, su tasa de degradación se multiplica por diez. ¿Pero cómo determinar el tamaño exacto del disipador de aluminio necesario? Comprar uno excesivamente grande aumenta el peso y el coste, mientras que quedarse corto pone en riesgo los LED en verano.

Para evitar cálculos matemáticos complejos y estimaciones dudosas, hemos desarrollado esta herramienta en línea. A continuación, analizamos la física del calor en los semiconductores y explicamos cómo calcular su disipador con precisión.

Los vatios de consumo eléctrico no son vatios de calor

Al dimensionar un disipador para un módulo LED, muchos usuarios parten del consumo eléctrico total. Con una placa Quantum Board de 100 W, suele pensarse que hay que disipar 100 W de calor. Siguiendo la antigua regla de «30 centímetros cuadrados por vatio», se buscaría un perfil de 3000 cm².

Sin embargo, un LED no es una lámpara incandescente que transforma casi toda la energía en calor. Su objetivo es generar fotones. Los chips modernos de alta calidad (Samsung, Cree, Osram o Seoul Semiconductor) ofrecen una eficiencia (WPE — Wall-Plug Efficiency) de entre el 50 % y el 80 %.

¿Qué significa esto en la práctica?

En un módulo de 100 W con un rendimiento del 60 %, 60 W se emiten como luz pura, y solo los 40 W restantes se convierten en calor parasitario que debe disiparse.

Por tanto, el cálculo térmico debe realizarse para 40 W (o 50 W con margen de seguridad) y no para 100 W. La norma clásica de 30 cm²/W se reduce hoy a unos 25 cm² por vatio eléctrico al utilizar chips de marca. Por el contrario, con matrices COB económicas (cuya eficiencia rara vez supera el 20–30 %), de 100 W consumidos se generarán unos 75 W de calor intenso.

La importancia de controlar la temperatura de unión

La temperatura interna del chip (Tj — Junction Temperature) define la salud de su luminaria. Aunque los fabricantes marcan límites máximos de 105–120 °C, esas cifras indican la zona de fallo irreversible.

El rango operativo ideal para mantener el flujo luminoso y alcanzar las 50 000 horas de vida nominal es de 65 °C a 85 °C. A menor temperatura, mayor eficiencia y durabilidad.

Efectos del sobrecalentamiento:

• Pérdida de flujo luminoso: Con el aumento de la temperatura, la emisión de fotones disminuye para una misma corriente. Pasar de 50 °C a 100 °C puede reducir el brillo en un 10 %.
• Degradación del fósforo: El revestimiento amarillo sobre el LED azul puede opacarse, agrietarse o quemarse, provocando que la luz adquiera un tono azulado.
• Rotura del cableado interno: Los ciclos repetidos de dilatación y contracción térmica pueden cortar los microhilos de oro en el interior del encapsulado.

El recorrido del calor

Para que el calor viaje del chip (Tj) al aire ambiental (Ta), supera sucesivas resistencias térmicas medido en Kelvins por Vatio (K/W):

Chip LED → Sustrato del diodo → Placa PCB de aluminio (MCPCB) → Interfaz térmica (pasta/cinta) → Disipador → Aire ambiental.

Nuestra herramienta en línea realiza todas estas conversiones de forma instantánea.

Cómo usar la calculadora de disipadores

El widget le permite modelar su sistema fácilmente:

• Introduzca la potencia eléctrica total suministrada por el driver.
• Seleccione el tipo de LED o la eficiencia (WPE) para obtener la carga térmica real.
• Indique la temperatura ambiente (25 °C en espacios abiertos, o 30–35 °C para armarios de cultivo cerrados).
• Elija su temperatura de unión Tj objetivo (recomendado entre 70 °C y 85 °C).

RECOMENDACIÓN: Añada un margen de seguridad del 10 % a la superficie calculada. Esto compensa la zona inferior del disipador que está cubierta por las placas LED u ópticas, la cual disipa calor con menor eficacia.

Tres detalles clave al elegir un perfil de aluminio

1. Grosor de la base (Resistencia a la dispersión)

En luminarias de 50 W o superiores, el calor debe transmitirse velozmente desde el centro a las aletas exteriores. Una base delgada (2–3 mm) generará puntos calientes. Utilice perfiles extruidos con un grosor de base de 4–6 mm como mínimo.

2. Paso de las aletas (Separación)

Para una refrigeración pasiva sin ventilador, el aire debe circular libremente por convección natural. Si la separación entre aletas es inferior a 6–8 mm, el calor queda atrapado. Las aletas muy juntas solo funcionan bien con ventilación forzada.

3. Acabado superficial (Anodizado)

El aluminio en bruto refleja la radiación infrarroja. Un anodizado negro de buena calidad aumenta la emisividad térmica, permitiendo que el sistema funcione entre 1 °C y 2 °C más frío en modo pasivo.

Calcular correctamente el disipador protege su inversión y prolonga la vida del sistema. La misión de SPECLED es facilitar el desarrollo de iluminación hortícola y hacer accesible la tecnología LED DIY.

[DE] Kühlkörperflächen-Rechner für LED-Leuchten

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Ein durchdachtes Wärmemanagement ist das Fundament jeder zuverlässigen LED-Beleuchtung. Wenn ein LED-Chip überhitzt, beschleunigt sich seine Alterung um das Zehnfache. Doch wie bestimmen Sie die exakt benötigte Größe Ihres Aluminium-Kühlkörpers? Eine massive Überdimensionierung verursacht unnötige Kosten und Gewicht, während zu knappe Kalkulationen Ihre LEDs an heißen Sommertagen gefährden.

Um Ihnen Schätzungen und komplexe Berechnungen zu ersparen, haben wir dieses Online-Tool entwickelt. Im Folgenden erklären wir die physikalischen Grundlagen und zeigen, wie die exakte Berechnung Ihren DIY-Leuchten vor dem Hitzetod schützt.

Elektrische Leistung ist nicht gleich Wärmeleistung

Bei der Dimensionierung eines Kühlkörpers gehen viele Nutzer zunächst von der elektrischen Nennleistung aus. Bei einem 100-Watt-Quantum-Board scheint es intuitiv, 100 Watt Wärme abführen zu müssen. Nach der alten Faustregel „30 Quadratzentimeter pro Watt“ wird oft ein Profil mit 3000 cm² Oberfläche gesucht.

LEDs sind jedoch keine Glühbirnen, die fast die gesamte Energie in Wärme umwandeln. Modernste High-End-Chips (z. B. von Samsung, Cree, Osram oder Seoul Semiconductor) erreichen eine Effizienz (WPE — Wall-Plug Efficiency) von 50 % bis 80 %.

Was bedeutet das in der Praxis?

Bei einem hochwertigen 100-Watt-Board mit 60 % Effizienz werden 60 Watt in reines Licht umgewandelt. Lediglich die restlichen 40 Watt fallen als Abwärme an, die abgeführt werden muss.

Dementsprechend muss die Kühlung nur für 40 Watt (bzw. rund 50 Watt inklusive Sicherheitsreserve) ausgelegt werden. Die klassische 30-cm²/W-Regel reduziert sich bei modernen Top-LEDs auf ca. 25 cm² pro elektrischem Watt. Bei preiswerten COB-Matrizen liegt die Effizienz hingegen selten über 20–30 %, sodass von 100 Watt Eingangsleistung 75 Watt reine Wärme entstehen.

Warum die Sperrschichttemperatur so entscheidend ist

Die Temperatur direkt im LED-Chip (Tj — Junction Temperature) entscheidet über die Lebensdauer der Leuchte. Die Datenblätter nennen meist Höchstwerte um 105–120 °C, was jedoch die absolute Belastungsgrenze vor einem Defekt darstellt.

Der optimale Arbeitsbereich, in dem LEDs ihre Nennleistung erreichen und 50.000 Stunden zuverlässig arbeiten, liegt zwischen 65 °C und 85 °C. Je kühler der Chip, desto höher der Wirkungsgrad.

Folgen einer Überhitzung:

• Verlust der Leuchtkraft: Mit steigender Temperatur emittiert der Halbleiter bei gleichem Strom weniger Photonen. Eine Erwärmung von 50 °C auf 100 °C kann bis zu 10 % Lichtverlust verursachen.
• Degradation des Leuchtstoffs: Die gelbe Phosphorschicht über dem blauen LED-Chip trübt durch Überhitzung ein oder verbrennt, was zu einem unschönen Blaustich führt.
• Abreißen der Bonddrähte: Ständige Temperaturwechsel können durch thermische Ausdehnung die feinen Golddrähte im Inneren des Gehäuses durchtrennen.

Der Wärmepfad einer LED

Der Weg der Wärme vom Chip (Tj) bis zur Umgebungsluft (Ta) führt über mehrere thermische Barrieren (Wärmewiderstand in K/W):

LED-Chip → Chip-Substrat → Aluminium-Leiterplatte (MCPCB) → Wärmeleitpaste/-pad → Kühlkörper → Umgebungsluft.

Unser Rechner übernimmt alle Berechnungen und berücksichtigt die einzelnen thermischen Widerstände automatisch.

Den Online-Kühlkörperrechner nutzen

Das Widget vereinfacht die thermische Auslegung erheblich:

• Geben Sie die gesamte elektrische Systemleistung ein.
• Wählen Sie den LED-Typ oder die Effizienz (WPE), um die reale Abwärme zu ermitteln.
• Definieren Sie die Umgebungstemperatur (25 °C für offene Räume, 30–35 °C für geschlossene Growboxen).
• Bestimmen Sie die gewünschte Sperrschichttemperatur Tj (empfohlen: 70–85 °C).

EMPFEHLUNG: Addieren Sie zur berechneten Oberfläche einen Sicherheitsaufschlag von 10 %. Das kompensiert die Unterseite des Kühlkörpers, die durch montierte Module oder Optiken verdeckt wird.

Drei wichtige Konstruktionsaspekte für Kühlkörper

1. Bodenstärke (Wärmespreizung)

Bei leistungsstarken Systemen (ab 50 W) muss die Wärme schnell vom Zentrum zu den äußeren Rippen geleitet werden. Dünne Bleche (2–3 mm) neigen zu Hitzestaus. Wählen Sie Stranggussprofile mit mindestens 4–6 mm Bodenstärke oder integrierten Kupferkragen.

2. Rippenabstand (Konvektion)

Für eine passive Kühlung ohne Lüfter muss die Luft ungehindert zirkulieren. Ein Rippenabstand unter 6–8 mm führt zu einem Hitzestau zwischen den Lamellen. Sehr eng stehende Rippen funktionieren nur mit aktiver Lüftung.

3. Oberflächenbeschichtung (Eloxierung)

Wärme wird über Konvektion und Infrarotstrahlung abgegeben. Eine schwarze Eloxierung erhöht den Emissionsgrad und senkt die Temperatur im passiven Betrieb um weitere 1–2 °C im Vergleich zu blankem Aluminium.

Eine fundierte Berechnung schützt vor vorzeitiger LED-Alterung. SPECLED möchte den Bau von Pflanzenlampen vereinfachen und professionelles DIY für jeden zugänglich machen.