LED灯具散热分析 张瑞辉

发表时间:2019/7/19   来源:《新材料.新装饰》2019年3月上   作者:张瑞辉
[导读] 这几年来,随着科学技术的飞速发展,各个行业也随之飞速发展,LED芯片研制的成功以及其发光效率的不断提升,则代表着科学技术的飞速发展,照明领域出现越来越多的LED。随着LED芯片技术的不断创新发展,为了顺应时代的发展,LED芯片的输出功率也在不断增大,这就
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摘要:这几年来,随着科学技术的飞速发展,各个行业也随之飞速发展,LED芯片研制的成功以及其发光效率的不断提升,则代表着科学技术的飞速发展,照明领域出现越来越多的LED。随着LED芯片技术的不断创新发展,为了顺应时代的发展,LED芯片的输出功率也在不断增大,这就在一定程度上提高了对LED灯具散热的要求。本文主要对LED灯具散热进行分析,从LED灯具的构造,到对LED灯具的散热进行分析,最后研究LED路灯的可靠性,从而提高了LED芯片优化设计能力。
关键词:LED灯具;散热;可靠性;应用分析

 
        引言:
        LED灯具随着温度的升高会大大增加LED的失效率,同时还会加剧LED灯具的光衰,更会大大缩短LED灯具的寿命,所以在进行LED灯具结构设计的过程中,热设计是一个必不可少的环节。设计大功率LED灯具的时候,不仅要成功实现产品的功能,而且还要对产品的稳定性、寿命以及适应环境的能力做出充分体现,而这些事关LED灯具质量的因素都和温度有些直接或者间接的关键。据调查显示,由温度过高引起的电子产品损坏的高达百分之四十五,这就在一定程度上可以看出散热设计在应用上具有十分重要的作用。
        一、LED灯具的构造及原理
        我们在日常生活中所接触的LED灯具的结构主要五部分,分别是LED光源、驱动电源、散热管、电路结构以及配光结构,而这几部分的结构主要包括有四部分的关键技术,分别是光(透镜的配光)、色(光的品质)、电(电路设计)以及热(散热设计),这几部分关键技术就构成了LED灯具。
        LED灯具是通过将不同的部件进行结构拼装成型的,散热器上的螺丝孔或者弹簧卡扣和灯具外壳间接将LED光源进行固定,而我们通常是采用连接导线来完成机械结构连接和电源驱动器和光源的连通,而LED灯具通电之后,通过透光镜半导体发出的光会照射到工作面上,这就是LED灯具的发光原理和工作原理。
        由一个集合配光、散热系统以及防护措施经过精心设计组合后就会成为一个光源模块,这也是LED灯具的核心部分。我们将二次光学透镜设计应用到配光上面,可以在很大程度上实现我们各种想要的照明效果。将模块化设计应用到散热方面,不仅可以分散光源发出的热量,而且还可以在一定程度上有效的降低芯片的结温,从而提高LED灯具的照明效率。
        二、LED灯具的散热分析
        LED灯具的散热其实是一个系统的工程,我们主要对LED光源模块进行分析,我们主要对LED灯具进行热力学角度分析它的热传导过程,对整个LED灯具散热过程中的热对流和热辐射机理进行了细致的分析。
        (一)LED灯具的热传导
        LED灯具主要通过封装来实现散热管理,电流从封好的LED灯珠流过芯片,从而发生了电光转换机理,一部分电能转换为光能,二而另一部分电能转换成了热能。封装是第一层级的热传导,主要是从芯片中导出热量,热量从芯片流出经过封装支架。LED灯珠的焊接能够实现第二层级的热传导,在铝基线路板上焊接LED灯珠,这样可以完成LED灯珠之间的电器连接和热量传递。散热器和铝基线路板之间则是第三层级的热传导,铝基线路板上散发的热量能够被散热器吸收。

而第四层级的热量传导主要由两部分进行传递,通过热传导到灯具的外壳是第一部分的热传导,第二部分则是将散热器中的热量散发到空气中。
        热流通道的热阻决定了热传导的效率,因此我们一定要设计一个可以逐层把LED芯片产生的热量散发到散热器上的热流通道。热阻存在于热流通道的每一个环节,两个连接端的温差影响了热阻,我们可以通过减小接触界面来减小热阻,从而将传热效率进行提高,散热效果的好坏取决于是否选择了良好的热传导界面。
        (二)LED灯具的热对流和热辐射
        通过空气中的密度差能够引起的浮升力能够形成自然对流,一般自然对流的流量比较小,流体内的温度梯度也比较小,这就导致它具有很低的换热效率,我们可以在进行LED灯具散热设计的过程中考虑增加LED灯具散热片的间距来将间距内的气流的扰动增大,从而进一步增强LED灯具的换热系数。通过温度差来使流体流动和将热量传给流体能够形成影响自然对流,温度场能够影响对流的速度,同时温度场又受到温度场的影响。热交换的目的是由辐射波的形式达到的就叫做热辐射,通过我们对比前期的试验,适当处理散热器和灯具外壳的表面,能够在一定程度上大大增强辐射的能力。
        热传导的完成是由散热器和LED灯具外壳的机械连接形成的,热对流和热辐射可以对整个LED灯具和空气之间进行散热,通过对散热器结构进行优化,同时再将整个LEF灯具的结构设计进行结合,从而自然对流就形成了,这样可以将LED灯具的散热效率进行大幅度的提高。
        (三)LED灯具的散热管理
        LED芯片的温度过高这一影响因素在LED灯具发生故障的比例中占据百分之七十,在负载是额定功率一半的情况下,灯具温度升高二十摄氏度,灯具发生故障的概率就会升一倍,LED灯具各方面性能的影响和衰减都会由结温的升高引起的。降低LED芯片的结温就是散热管理的主要目的,一般情况下,为了避免失效要保持125℃一下的结温,这样还能够将LED灯具的寿命进行延长。我们可以通过减小热阻的接触界面、加强散热器的表面处理、加大和空气对流换热效率、提高辐射散热来进行散热管理,从而达到降低LED芯片结温的目的,从而在很大程度上能够提高LED灯具的使用寿命。另外,由于LED芯片十分脆弱,芯片上出现细微的划伤就可能对电极产生一定的影响,甚至可能会造成LED灯具失效的情况。如果LED芯片长期暴露在空气中,就会被空气氧化。如果对LED芯片进行封装,就可以避免以上情况的出现,这样不仅可以进一步保护LED芯片,而且还能够进行散热管理。
        结束语:
        虽然LED灯具作为新一代的照明光源,具有节能、环保、效率高、寿命长等优点,但是在对LED灯具进行设计的过程中,LED灯具的散热问题是一项非常重要的技术。我们从热力学角度对LED灯具的散热问题进行分析,找到了LED灯具散热管理的影响因素,从而进一步做好了解决措施,提高了LED灯具的使用寿命。LED灯具的散热管理对LED灯具能否进行正常工作具有十分重要的影响,为了保证LED灯具的质量和工作寿命,一定要将LED灯具的散热设计做好。
参考文献
[1]汪双凤,胡艳鑫,陈金建.应用于LED灯具散热的平板热管传热特性[J].工程热物理学报,2012,33(8):1371-1374.
[2]白坤,聂秋华,吴礼刚,等.大功率白光LED灯具散热优化方案[J].照明工程学报,2012,23(2):52-56.
[3]程恩来.肋片在LED灯具散热设计中的应用[J].中国照明电器,2012(2):17-20.
 
 
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