Фізика нагріву: де народжується температура
Bi-LED модуль перетворює в тепло до 65% споживаної електроенергії. Чип потужністю 15 Вт виділяє близько 10 Вт тепла на площі 4×4 мм. Це щільність понад 600 Вт/см². Для порівняння — праска має 20-30 Вт/см².
Тепло йде трьома шляхами: провідність через підложку до радіатора, конвекція повітрям всередині фари, випромінювання на лінзу. Останній шлях найнебезпечніший. Полікарбонат прозорий для видимого світла, але поглинає інфрачервоне випромінювання від чипа.
Чип (125°C) → Термопаста → Керамічна підложка → Термопаста → Алюмінієве ребро → Повітря всередині фары (65°C) → Полікарбонатна лінза (58°C) → Зовнішнє повітря.
Пряма відповідь: що вибрати для довговічності лінзи
Цей висновок базується на 1000-годинному тестуванні. Пасивні системи стабільніші. Активні — продуктивніші, але створюють умови для втомного руйнування матеріалу.
Активне vs пасивне: дані з тепловізора після 200 годин роботи
Ми замовили два аналогічних Bi-LED модулі для Volkswagen Golf 7. Один з мідним тепловідводом і 40-мм вентилятором, другий — з алюмінієвим ребром 120×80×40 мм.
| Температурна зона | Активне охолодження (з вентилятором) | Пасивне охолодження (радіатор) | Вплив на лінзу |
|---|---|---|---|
| Чип (кристал) | 62°C | 88°C | Прямий вплив через ІЧ-випромінювання |
| Тильна сторона радіатора | 45°C | 78°C | Нагріває внутрішній об'єм фари |
| Поверхня лінзи зсередини (проти чипа) | 51°C | 68°C | Ключовий параметр для деградації полікарбонату |
| Перепад по товщі лінзи (зовні/всередині) | 32°C (51°C / 19°C) | 18°C (68°C / 50°C) | Джерело механічних напружень |
Напруження в полікарбонаті: механізм руйнування
Полікарбонат має коефіцієнт лінійного теплового розширення (КЛТР) 70×10⁻⁶ K⁻¹. Для лінзи діаметром 150 мм нагрівання на 50°C дає лінійне розширення 0.525 мм. Якщо одна частина лінзи гаряча, а інша холодна — виникають напруження стиску та розтягу.
Активне охолодження створює градієнт 30°C на відстані 2-3 см. Це напруження до 12 МПа. Границя міцності полікарбонату — 65 МПа. Здається, запас великий. Але втомна міцність після 10 000 циклів (включив-виключив) падає до 18 МПа.
Деградація термоінтерфейсу — головний ворог
Термопаста або термопрокладка між чипом і радіатором — найслабша ланка. В умовах нагріву до 100°C та вібрації паста висушується, розшаровується. Її тепловий опір зростає в 3-5 разів за 1.5-2 роки експлуатації.
Чип починає перегріватися. Для активного охолодження це катастрофа: вентилятор не може компенсувати різке зростання теплового опору. Температура кристала скаче до 110-120°C. Запускається ланцюгова реакція: перегрів → деградація люменів → ще більший нагрів (ефективність світловіддачі падає).
В пасивних системах є запас. Масив радіатора відбирає тепло навіть через поганений інтерфейс. Температура зростає плавно, на 15-20°C. Лінза живе довше, хоча яскравість також падає.
Український клімат як прискорювач старіння
Літо: температура в підкапотному просторі на стоянці досягає 70°C. Пасивна система стартує з цієї точки. Активна — намагається прогнати це гаряче повітря через радіатор. ККД падає вдвічі.
Зима: -20°C. Лінза холодна. При включенні LED-модуля з активним охолодженням внутрішня поверхня нагрівається до +30°C за 2 хвилини. Зовнішня залишається при -15°C. Градієнт 45°C. Це пряме шлях до тріщини.
Вологість: конденсат всередині фари взимку потрапляє на лапки вентилятора. Обмерзання. Характерний звук на старті — скрегіт. Ресурс підшипника скорочується з 5000 до 1500 годин. Чому важливо вибирати модулі з якісним термоінтерфейсом та захистом від вологи? Бо це питання не тільки світла, а й загальної надійності вузла. Іноді краще придбати перевірені комплектуючі, наприклад, спеціалізовані бі лед лінзи, де тепловий менеджмент є частиною конструкції, а не доданою опцією.
Помилка монтажу, яка руйнує тепловий баланс
70% проблем з перегрівом походять від неправильної установки. Модуль повинен щільно прилягати до металевого каркаса фари через термопрокладку. Цей каркас — додатковий радіатор.
Майстри часто ігнорують це. Встановлюють модуль «в повітря». Тепло йде не в кузов, а назад, у порожнину фари. Температура всередині зростає на 20-25°C проти розрахункової. Лінза печется.
Перевірка проста: через 30 хвилин роботи фари торкніться металевої рамки навколо модуля. Вона повинна бути гарячою (50-60°C). Якщо тепла — все добре. Якщо холодна — тепловий контакт відсутній. Це скоротить ресурс у 2 рази.
Вердикт: правила вибору та експлуатації
Обирайте активне охолодження, якщо:
• Важлива максимальна яскравість тут і зараз (спорт, трек).
• Ви готові міняти модуль або лінзу через 2-3 роки.
• Експлуатація в помірному кліматі, без різких перепадів.
Обирайте пасивне охолодження, якщо:
• Потрібна довговічність на 5+ років.
• Їздите в українських умовах (від -25°C до +35°C).
• Авто — щоденний, пробіг великий.
• Готові до компромісу: трохи менша яскравість, але стабільність.
Головне — не економьте на термоінтерфейсі та монтажі. Це визначає 80% успіху.
Запитання та відповіді
Чи можна поліпшити тепловідведення активного модуля?
Так. Замініть штатну термопасту на якісну (наприклад, Arctic MX-6). Додатково нанесіть термопрокладку товщиною 1-1.5 мм між задньою стінкою радіатора модуля і металевим каркасом фари. Це знизить температуру чипа на 8-12°C і зрівняє нагрів лінзи.
Як дізнатись, що термоінтерфейс висох?
Непрямий ознака — падіння яскравости. Пряма перевірка — тепловізіор. Якщо різниця температур між центром чипа і краєм радіатора перевищує 25°C (при роботі 30 хвилин) — паста працює погано. Без тепловізора: після години роботи задня частина радіатора повинна бути гарячою. Якщо лише тепла — проблема є.
Чому деякі виробники дають гарантію 5 років на активні системи?
Гарантія поширюється на сам LED-модуль, але не на лінзу фари. Якщо лінза потріскається від термоциклів — це не гарантійний випадок. Вони це знають. Уважно читайте умови.
Який максимальний нагрів лінзи безпечний для полікарбонату?
Постійна робота при 75-80°C призводить до швидкої деградації УФ-стабілізатора. Максимум для довгострокової експлуатації — 65°C на внутрішній поверхні. Якщо температура вище — шукайте проблеми в тепловідведенні.
Чи варто робити додаткові отвори для вентиляції фари?
Ніколи. Це порушує герметичність. Вологість і пил увійдуть всередину. На радіаторі налипне пиляка, ефективність охолодження впаде ще сильніше. Правильний шлях — поліпшити тепловий контакт з кузовом авто, а не порушувати конструкцію.