led照明散熱器的設(shè)計(jì)分析

 散熱器是 LED 照明器很關(guān)鍵的一個(gè)部件，它的形狀、體積、散熱表面積都要設(shè)計(jì)得恰到好處。比如1個(gè)10W白光 LED 如光電轉(zhuǎn)換效率為20%，則有8W的電能轉(zhuǎn)換成熱能，若不加散熱措施，則大功率 LED 的器芯溫度會(huì)急速上升，當(dāng)其結(jié)溫（ T ）上升超過(guò)最大允許溫度時(shí)（一般是150℃)，大功率 LED 不僅出光變小，而且會(huì)因過(guò)熱而損壞。因此在大功率 LED 照明器設(shè)計(jì)中，最主要的設(shè)計(jì)工作就是散熱設(shè)計(jì)。散熱器太小， LED 燈工作溫度太高，影響發(fā)光效率和壽命，散熱器太大，則消耗材料多增加產(chǎn)品成本和重量，使產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力下降。設(shè)計(jì)合適的 LED 燈散熱器至關(guān)重要。設(shè)計(jì)前應(yīng)具體進(jìn)行分析。

1．散熱方式的分析方法

(1）理論分析。沒有散熱器的吸熱，何來(lái)散熱。而導(dǎo)熱就是要把熱量最快地從熱源傳送到散熱器，而散熱則是要把熱量從散熱器表面散發(fā)到空氣中去。首先要把熱最快的導(dǎo)出來(lái)，然后要最有效地散到空氣里去。因?yàn)椴还懿捎檬裁捶椒ㄉ?，最后還是只能把熱量散發(fā)到空氣。所以散熱器首先是充分吸收芯片發(fā)出的熱量。根據(jù)理論，散熱器一是要充分吸收芯片熱

量，與芯片接觸部分一定要有適當(dāng)大的質(zhì)量，才能吸熱，而為了及時(shí)導(dǎo)熱，應(yīng)增大與接觸面積，材質(zhì)最好為導(dǎo)熱率高的銅，與其他接觸的散熱部分距離要小；二是要充分段傳導(dǎo)部分同上，而為了利用對(duì)流散熱，在自然散熱的條件下要使對(duì)流自下而上進(jìn)行，歲流動(dòng)方向與浮力方向一致，阻力最小。因而散熱片應(yīng)設(shè)計(jì)成上下貫通的結(jié)構(gòu)，避免曲流動(dòng)，空氣由下向上直接穿過(guò)散熱片時(shí)，低溫空氣直接進(jìn)入散熱器鰭片。并且要個(gè)冷熱空氣的循環(huán)圈，如有可能要有對(duì)流罩，形成煙囪效應(yīng)，才能達(dá)到更好效果，曾經(jīng)試驗(yàn)把一個(gè) LED 球泡燈朝上放置與朝下放置，最后溫度竟相差6℃，可見對(duì)責(zé)用不可忽略。

(2）軟件分析。利用現(xiàn)成的計(jì)算機(jī)軟件，分析 LED 封裝芯片內(nèi)的溫度分布以及傳程，分析從 LED 芯片到散熱器鰭片的溫度分布。但必須通過(guò)大量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采集。出分析。

2．散熱方式分析

目前利用的散熱器散熱方式有主動(dòng)與被動(dòng)兩種：對(duì)主動(dòng)式散熱，從散熱方式上細(xì)價(jià)以分為風(fēng)冷散熱、液冷散熱、熱管散熱、半導(dǎo)體制冷等。被動(dòng)就是自然散熱。

1）風(fēng)冷散熱。風(fēng)冷散熱是最常見的散熱方式，是使用風(fēng)扇帶走散熱器所吸收的熱式，價(jià)格相對(duì)較低，安裝方便。但不適用于 LED 照明器上，因?yàn)橐皇呛哪?，二是增加機(jī)會(huì)。

2）液冷散熱。是通過(guò)液體在泵的帶動(dòng)下強(qiáng)制循環(huán)帶走散熱器的熱量，與風(fēng)冷相靜、降溫穩(wěn)定，但缺點(diǎn)是需要外接能量，并不節(jié)能。

3）熱管技術(shù)。它是應(yīng)用熱傳導(dǎo)原理與制冷介質(zhì)的快速熱傳遞性質(zhì)，通過(guò)在線真空管內(nèi)的液體的發(fā)與凝結(jié)來(lái)傳遞熱量，具有極高的導(dǎo)熱性、良好的等溫性、兩側(cè)的傳熱面積可任意改變、不需要外加的能量等一系列優(yōu)點(diǎn)。由于熱管傳熱結(jié)構(gòu)緊湊、流體阻損小等優(yōu)點(diǎn)。已經(jīng)廣泛應(yīng)用。而在 LED 照明器中，盡管不耗成本高。

4）自然散熱。自然對(duì)流被動(dòng)散熱，無(wú)機(jī)械運(yùn)動(dòng)，可靠性高，成本低，所以目前多的還是自然對(duì)流散熱。實(shí)際上對(duì)于100W以下的 LED 燈，不必采用風(fēng)冷、熱采用自然散熱完全可以達(dá)到效果，有行家提出用導(dǎo)熱柱吸熱，用鋁肋片通過(guò)外加對(duì)流煙囪效應(yīng)散熱，就能達(dá)到很好效果，與普通的設(shè)計(jì)相比兩者溫度相差較大。

3．散熱過(guò)程分析

 LED 照明照明器的可靠性（壽命）很大程度上取決于散熱水平，所以提高散熱如下，關(guān)鍵技術(shù)之一。主要是解決芯片產(chǎn)生多余熱量通過(guò)熱沉、散熱體傳出去，現(xiàn)就過(guò)程分析如下

  LED 芯片所產(chǎn)生的熱，少量的是從前面通過(guò)封裝材料散發(fā)，以前采用環(huán)氧樹脂裝材料，但環(huán)氧樹脂對(duì)容易老化而且熱阻大，目前在大功率 LED 中用硅膠或玻調(diào)作封裝材料，芯片發(fā)出的大部分的熱量從它的金屬基座即熱沉發(fā)散熱量，先經(jīng)過(guò)焊?jìng)靼宓纳厦嬗∷?PCB 的覆銅部分（有的產(chǎn)品熱沉不是焊接，而是通過(guò)涂導(dǎo)熱硅脂與的銅相連，但效果還是焊接更好）；然后熱量在鋁基板內(nèi)部傳遞，鋁基板共有三層材園線路層，相當(dāng)于普通 PCB 的覆銅板：中間為絕緣層，是一層導(dǎo)熱絕緣材料，健層，封熱量從鋁基板的底部傳出就到散熱器，兩者的接觸將產(chǎn)生很大的熱阻，首先兩者表面的接觸需要表面光滑，必須用導(dǎo)熱硅脂或?qū)崮z與散熱器相連，連接中應(yīng)無(wú)氣泡，并應(yīng)保持一定的壓力有利于散熱。在導(dǎo)熱膠選擇時(shí)，應(yīng)分清是導(dǎo)電還是絕緣，是低溫還是高溫并了解其導(dǎo)熱系數(shù)與保存時(shí)間。散熱器是分底部與鰭片兩部分，它要把熱最快的導(dǎo)出來(lái)再?gòu)纳崞鞅砻嫔l(fā)到空氣中去。熱量從 LED 芯片出發(fā)，經(jīng)過(guò)了一系列不同材質(zhì)傳導(dǎo)，最后到散熱器。這些熱量最后都要通過(guò)散熱器的鰭片散發(fā)到空氣中去。http://mvpsportsbooks.com/