大功率LED燈散熱結(jié)構(gòu)設(shè)計分析

阮文沁

摘 要：自從我國進入21世紀以來，我國的科技發(fā)展速度就越來越快，人們的生活理念和生活方式也發(fā)生了很大的變化，尤其是可持續(xù)發(fā)展理念的提出，使得我國的節(jié)能產(chǎn)業(yè)發(fā)展越來越迅速，我國很多其它產(chǎn)業(yè)在發(fā)展的過程中，也重視了節(jié)能減排工作。當(dāng)前我國的燈具市場上，大功率LED燈的應(yīng)用越來越普遍，其與傳統(tǒng)的燈具相比，節(jié)能效果和應(yīng)用效果優(yōu)勢都更加明顯，在我國的應(yīng)用前景十分廣闊。但是大功率LED燈，在使用的過程中，其內(nèi)部芯片很容易受到高溫發(fā)生損壞，影響其正常的使用，所以當(dāng)前大功率LED燈在使用的過程中，散熱問題也就備受關(guān)注。本文就針對大功率LED燈的散熱結(jié)構(gòu)設(shè)計進行分析。

關(guān)鍵詞：大功率LED燈;散熱結(jié)構(gòu);設(shè)計

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.01.008

大功率LED燈由于其自身的使用壽命長、節(jié)能效果明顯、安全系數(shù)更高等優(yōu)勢，在我國的燈具市場上，占據(jù)著十分重要的地位，在我國有著十分廣闊的發(fā)展前景，在我國很多領(lǐng)域中的應(yīng)用也比較普遍，無論是應(yīng)用于交通、建筑還是家用照明，其優(yōu)勢都十分明顯。但是這種大功率LED燈在使用的過程中，很容易發(fā)熱，使內(nèi)部芯片燒毀，導(dǎo)致質(zhì)量問題。因此當(dāng)前，散熱問題是制約大功率LED燈普及應(yīng)用的重要問題，必須要對其進行研究并加以解決。

1 大功率LED燈散熱因素

大功率LED燈在散熱的過程中，散熱器的使用會影響到散熱效果，而散熱器的質(zhì)量又與散熱器的熱阻有直接的關(guān)系，所以總體來說，散熱器熱阻越小，散熱器的散熱效果越強。而散熱器的熱阻主要包括以下方面：

（1）散熱器本身導(dǎo)熱熱阻。散熱器自身就存在著導(dǎo)熱的熱阻，根據(jù)能量守恒定律，可以發(fā)現(xiàn)熱平衡之后，LED燈產(chǎn)生的熱量與散熱器自身導(dǎo)出的熱量是相等的，所以在功率一定的條件下，散熱器的熱阻也是不變的，而且LED燈在使用的過程中，還會將一部分的功率轉(zhuǎn)化為熱能，這就使得散熱器的導(dǎo)熱熱阻也相應(yīng)增加。

（2）散熱器表面到環(huán)境的散熱熱阻。散熱器表面到環(huán)境的熱阻，指的是散熱器散熱過程中產(chǎn)生的熱阻，散熱器表面向環(huán)境進行散熱時，主要通過對流和輻射的方式，在這個過程中，必然會產(chǎn)生一定的熱量。根據(jù)能量守恒定律發(fā)現(xiàn)，散熱器的散熱熱阻與自身的散熱面積、散熱器表面的輻射系數(shù)和與周圍空氣的對流系數(shù)都有直接關(guān)系。

（3）散熱器到環(huán)境的總熱阻。散熱器的總熱阻，包括了散熱器本身的熱阻和散熱器表面到環(huán)境的熱阻，通過簡單的分析，能夠發(fā)現(xiàn)，散熱器的總熱阻于散熱器的散熱面積、尺寸、表面材料的輻射系數(shù)和周圍的空氣對流系數(shù)等有直接的關(guān)系，而減少散熱器的散熱總熱阻，將能夠優(yōu)化散熱器的散熱性能，所以在散熱結(jié)構(gòu)設(shè)計工作中可以通過降低散熱器到空氣的熱阻的途徑，提高散熱性能。

2 大功率LED燈的散熱結(jié)構(gòu)設(shè)計

（1）熱管加鰭片設(shè)計。如果在大功率LED燈的使用過程中，對其進行熱成像分析，就能夠發(fā)現(xiàn)光源基板的溫度與散熱器界面的溫度是存在溫差的，在使用的過程中，大部分的熱量，由于散熱不及時，會被集中于光源處，使得光源的質(zhì)量受到影響，使用壽命逐漸降低。但是如果在燈具內(nèi)的熱管上加設(shè)鰭片，就能夠促進光源處熱量的盡快散播，效果比較明顯，但是這種設(shè)計需要注意燈具的外形和尺寸，對燈具的結(jié)構(gòu)等有比較高的要求。

（2）均溫板加鰭片散熱。對大功率LED燈進行熱成像能夠發(fā)現(xiàn)，光源表面溫度與散熱器周邊的溫度溫差比較大，大部分的熱量都無法及時散出，只能在光源處進行集中，而且其散熱的均勻性也不佳，影響最終的散熱效果，所以可以在一起均溫板上加上散熱鰭片，能夠促進其熱量的迅速散播。但是這種設(shè)計會增加燈具的重量，所以在設(shè)計的同時，還需要對燈具的安裝和使用安全性進行重視，防止在使用的過程中存在安全隱患。

（3）LED路燈散熱器一體化設(shè)計。LED路燈和散熱器一體化設(shè)計，指的是將路燈與散熱器設(shè)計為一個整體，使得LED路燈在使用的過程中，能夠同步進行迅速散熱。但是在進行該設(shè)計時，需要先制作散熱模型，并觀察光源中心與周邊的溫差，在經(jīng)過實驗證明其散熱效果之后才能夠進行應(yīng)用。這種設(shè)計方法在應(yīng)用的過程中，其散熱器件的散熱效果比較好，無需其他的設(shè)備輔助進行散熱，整個設(shè)計比較方便快捷，而且在使用的過程中也杜絕了其他安全隱患的發(fā)生，所以在當(dāng)前的大功率LED燈散熱結(jié)構(gòu)設(shè)計工作中應(yīng)用比較普遍。

3 其他散熱設(shè)計

（1）自然冷卻散熱器設(shè)計。在當(dāng)前大功率燈的散熱工作中，散熱器的使用是比較常見的，其中自然冷卻散熱器的設(shè)計是其中比較簡單的設(shè)計，使用效果也比較好。自然冷卻散熱器在設(shè)計的過程中，需要考慮到自然冷卻時邊界層溫度較厚的情況，對齒表面的對流進行分析，控制好散熱器的齒間距，在增強輻射換熱的同時，增加散熱器的表面輻射系數(shù)。

（2）PCB板加散熱片。在LED燈的芯片電路中，PCB板的背面就附著散熱片，該設(shè)計能夠在實際溫度高于計算溫度時，利用空心柱的結(jié)構(gòu)，促進散熱鰭片的散熱，提高燈具內(nèi)部的通風(fēng)性，從而提高散熱性能。這種設(shè)計通常與大功率LED燈的散熱熱阻和總體散熱熱組進行綜合設(shè)計，達到良好的散熱效果。

4 結(jié)束語

自從我國改革開放以來，我國經(jīng)濟社會發(fā)展速度就越來越快，但是同時，能源資源和環(huán)境問題也越來越突出，制約著我國經(jīng)濟社會的可持續(xù)發(fā)展，在這種情況下，節(jié)能減排工作就勢在必行，我國很多產(chǎn)業(yè)在發(fā)展的過程中，也開始重視節(jié)能減排。在我國的燈具市場上，大功率LED燈具有比較明顯的高效節(jié)能效果，應(yīng)用效果也極強，是我國燈具的主要發(fā)展方向。但是這種燈在使用的過程中，卻由于散熱不便很容易引發(fā)質(zhì)量問題，所以必須要對其散熱結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化設(shè)計，提高燈具的使用壽命。

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