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大功率LED灯具散热结构设计及散热性能分析

点击:1195 日期:2017-04-19 选择字号:
      虽然大功率LED具有节能环保等诸多优点,但同时因为它功率大,产生的大量热量因无法及时散出而容易造成光源衰退,芯片过热而使得使用寿命大幅度缩短等一系列问题,一直因扰着大功率LED灯具设计工程师们。

      大功率LED灯具的热管理主要包括3个方面:芯片级、封装级和系统集成散热级。其中,芯片是主要的发热部件,其量子效率决定发热效率,衬底材料决定芯片向外传热效率;对封装而言,封装结构、材料以及工艺直接影响散热效率;系统集成散热级也就是所谓的外部散热器,主要包括散热片、热管、风扇、均温板等。大功率LED灯主要散热技术有散热片、热管、均温板、导热双面胶、导热硅胶片、导热硅脂等。

大功率LED灯具散热

      在大功率LED灯具散热结构设计中,良好的热传导通道应该是降低PCB、导热介质、散热体间的热阻以及增大三者间的有效接触面,并选择适合的导热率较高的导热介质加快导热的效率。
      大功率LED灯具的热源主要来自两部分:光源和电源。光源部分的热量,通常要注意光源PCB与散热体的贴合面间的有效接触面积,有效接触面积越大,散热性越好。此外,要注意不同介质间热传导界面尽可能光滑。热传导物之间贴合要足够紧密,嵌合件之件的接触面空隙要尽可能小而少。

      大功率LED灯具的自然对流散热方式也是同样要求有效散热面积,因此一般情况下,散热体外壁适当粗糙化可增大有效换热面积,另外,在喷涂不同色漆时要考虑喷涂厚度和该类色漆的导热性能和热辐射性能的好坏。一般为了增大散热器的换热面积,我们采用鳍片结构。通常的有效换热面积为灯具整体面积的50%-60%,“鳍片式”散热体则可根据鳍片效率和鳍片间距来确定有效换热性能。

LED灯散热

      在自然对流中,电源也会发热,因为球泡、射灯的电源一般置于灯腔体内部,可采取使用导热灌封胶或者导热泥等介质对电源进行散热处理。对叠加热场,可建议在电源与LED光源和PCB的贴合平台间增大空气层,使之形成空气隔断,削弱热场叠加效应。
      此外,热辐射是所有物体在任何时间都在进行的一种能量传递,不同材料辐射强度不同。一般冷色物体的辐射强度低于暖色物体的辐射强度,粗糙物体辐射强度大于光滑物体辐射强度。一般球泡、射灯的辐射换热较小,可近似忽略。
      通过以上介绍可以得知,大功率LED灯具散热不但要有合理的散热结构设计,而且要针对不同功率、不同结构、不同灯具来选择合适的导热界面材料。也不要因为设计结构的不合理影响散热效果而盲目选择使用高性能导热硅胶片等导热材料,从而使大功率LED灯具的生产成本大幅提高,给生产厂家造成过大的成本压力,最终影响到大功率LED灯具在整个市场的竞争力,这样就得不偿失了。