led照明散熱器的設計分析

 散熱器是 LED 照明器很關鍵的一個部件，它的形狀、體積、散熱表面積都要設計得恰到好處。比如1個10W白光 LED 如光電轉換效率為20%，則有8W的電能轉換成熱能，若不加散熱措施，則大功率 LED 的器芯溫度會急速上升，當其結溫（ T ）上升超過最大允許溫度時（一般是150℃)，大功率 LED 不僅出光變小，而且會因過熱而損壞。因此在大功率 LED 照明器設計中，最主要的設計工作就是散熱設計。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)品競爭力下降。設計合適的 LED 燈散熱器至關重要。設計前應具體進行分析。

1．散熱方式的分析方法

(1）理論分析。沒有散熱器的吸熱，何來散熱。而導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出來，然后要最有效地散到空氣里去。因為不管采用什么方法散熱，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大的質量，才能吸熱，而為了及時導熱，應增大與接觸面積，材質最好為導熱率高的銅，與其他接觸的散熱部分距離要?。欢且浞侄蝹鲗Р糠滞?，而為了利用對流散熱，在自然散熱的條件下要使對流自下而上進行，歲流動方向與浮力方向一致，阻力最小。因而散熱片應設計成上下貫通的結構，避免曲流動，空氣由下向上直接穿過散熱片時，低溫空氣直接進入散熱器鰭片。并且要個冷熱空氣的循環(huán)圈，如有可能要有對流罩，形成煙囪效應，才能達到更好效果，曾經(jīng)試驗把一個 LED 球泡燈朝上放置與朝下放置，最后溫度竟相差6℃，可見對責用不可忽略。

(2）軟件分析。利用現(xiàn)成的計算機軟件，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。但必須通過大量的實驗數(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與被動兩種：對主動式散熱，從散熱方式上細價以分為風冷散熱、液冷散熱、熱管散熱、半導體制冷等。被動就是自然散熱。

1）風冷散熱。風冷散熱是最常見的散熱方式，是使用風扇帶走散熱器所吸收的熱式，價格相對較低，安裝方便。但不適用于 LED 照明器上，因為一是耗能，二是增加機會。

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

3）熱管技術。它是應用熱傳導原理與制冷介質的快速熱傳遞性質，通過在線真空管內(nèi)的液體的發(fā)與凝結來傳遞熱量，具有極高的導熱性、良好的等溫性、兩側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。由于熱管傳熱結構緊湊、流體阻損小等優(yōu)點。已經(jīng)廣泛應用。而在 LED 照明器中，盡管不耗成本高。

4）自然散熱。自然對流被動散熱，無機械運動，可靠性高，成本低，所以目前多的還是自然對流散熱。實際上對于100W以下的 LED 燈，不必采用風冷、熱采用自然散熱完全可以達到效果，有行家提出用導熱柱吸熱，用鋁肋片通過外加對流煙囪效應散熱，就能達到很好效果，與普通的設計相比兩者溫度相差較大。

3．散熱過程分析

 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，關鍵技術之一。主要是解決芯片產(chǎn)生多余熱量通過熱沉、散熱體傳出去，現(xiàn)就過程分析如下

  LED 芯片所產(chǎn)生的熱，少量的是從前面通過封裝材料散發(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)過焊傳板的上面印刷板 PCB 的覆銅部分（有的產(chǎn)品熱沉不是焊接，而是通過涂導熱硅脂與的銅相連，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，相當于普通 PCB 的覆銅板：中間為絕緣層，是一層導熱絕緣材料，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，必須用導熱硅脂或導熱膠與散熱器相連，連接中應無氣泡，并應保持一定的壓力有利于散熱。在導熱膠選擇時，應分清是導電還是絕緣，是低溫還是高溫并了解其導熱系數(shù)與保存時間。散熱器是分底部與鰭片兩部分，它要把熱最快的導出來再從散熱器表面散發(fā)到空氣中去。熱量從 LED 芯片出發(fā)，經(jīng)過了一系列不同材質傳導，最后到散熱器。這些熱量最后都要通過散熱器的鰭片散發(fā)到空氣中去。http://62548.cn/