LED路燈散熱結(jié)構(gòu)分析

1、LED路燈散熱結(jié)構(gòu)分析拜讀了秦博核芯科技秦先生的LED照明燈模塊標(biāo)準(zhǔn)化的科學(xué)之路一文，深受啟發(fā)，LED燈具散熱問題的確是業(yè)界的一大困擾，但是我們應(yīng)該對(duì)待散熱問題像庖丁解牛一樣，充分的、一點(diǎn)一點(diǎn)的進(jìn)行分析并加以認(rèn)識(shí)，不能以點(diǎn)代面的來分析和解決。我非常贊同秦先生對(duì)東芝和夏普LED燈結(jié)構(gòu)的否定，本人也-認(rèn)為大廠是在制造一些噱頭拉動(dòng)LED應(yīng)用產(chǎn)業(yè)走向錯(cuò)誤的方向。但也不能全盤否定，這種散熱結(jié)構(gòu)如果采用新型的散熱材料也是可以達(dá)到散熱目的的，高昂的價(jià)格是阻礙其推廣的重要因素。散熱的途徑分為傳導(dǎo)、對(duì)流和輻射三種方式，其中傳導(dǎo)效果最佳，對(duì)流次之，輻射較差，這是我們所熟知的。在我們?cè)O(shè)計(jì)LED燈具散熱結(jié)構(gòu)的時(shí)候，首

2、先要考慮的是LED燈具的使用環(huán)境，然后在這三種散熱方式中尋找出適應(yīng)于使用環(huán)境的最佳散熱方式，也就是要根據(jù)環(huán)境因素考慮三種散熱方式中哪一種或者哪幾種散熱方式是主要的，以確定燈具的散熱結(jié)構(gòu)。只有這樣，我們才能設(shè)計(jì)出一款好的LED燈具，這是設(shè)計(jì)LED燈具散熱結(jié)構(gòu)所需的前提條件。但這也是很多人所遺忘和忽視的。他們一味的增加散熱面積，不斷的設(shè)計(jì)出很有特色的散熱結(jié)構(gòu)外型，以吸引人們的眼球。這個(gè)問題在我們LED產(chǎn)業(yè)界是普遍存在的問題，是我們產(chǎn)業(yè)發(fā)展的誤區(qū)，是缺少真正的LED產(chǎn)業(yè)專家的標(biāo)志。目前LED燈具結(jié)構(gòu)千變?nèi)f化、形態(tài)各異，我不能一一舉例來剖析，下面以LED路燈作為一個(gè)案例來分析其散熱結(jié)構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn)。LED

3、路燈使用的環(huán)境：1、無遮攔的戶外環(huán)境;2、8-12米高的燈桿上;3、在繁華的馬路上。首先在“無遮攔的戶外環(huán)境”這個(gè)條件，說明LED路燈燈具使用場(chǎng)所沒有防雨、防塵、防破壞等外部工程，因此要求LED路燈本身必須具備這些功能。第二，“8-12米高的燈桿上”，說明LED路燈在外型、重量，甚至體積的設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)有所考慮，外型新穎、重量輕、體積小的LED路燈將有很大的競(jìng)爭(zhēng)力。第三，“在繁華的馬路上”，說明LED路燈的使用環(huán)境污染狀況較為惡劣，在設(shè)計(jì)時(shí)要充分的考慮其積塵(LED路燈屬于一種電子產(chǎn)品，由于靜電的作用，會(huì)在表面吸附微小的灰塵顆粒，形成電子灰塵覆蓋，降低散熱效果)效應(yīng)和抗腐蝕能力。在LED路燈設(shè)計(jì)時(shí)，

4、一定要充分的思考這三個(gè)問題，盡可能的在完善LED路燈功能的同時(shí)，避免由于環(huán)境條件所導(dǎo)致的設(shè)計(jì)缺陷使導(dǎo)致產(chǎn)品失效。這就是LED路燈散熱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵所在。我們著重分析一下道路的客觀環(huán)境，以利于我們分析LED路燈的散熱設(shè)計(jì)。在分析之前，我們需要強(qiáng)調(diào)的是在室外環(huán)境中，燈具的散熱主要依靠熱對(duì)流和熱輻射兩種方式;在沒有主動(dòng)散熱措施時(shí)，主要依據(jù)是對(duì)流，即熱空氣上升，冷空氣下降的熱力學(xué)原理;熱輻射主要依據(jù)高溫物體以紅外線的方式向外輻射能量。讓我們分析一下當(dāng)車行駛時(shí)，汽車經(jīng)過的空間形成空氣擾動(dòng)，這就是我們?cè)谲嚿细杏X風(fēng)往后吹，而站在路邊的人在車經(jīng)過后感覺風(fēng)順著汽車方向吹(見圖1)。圖1 (箭頭方向?yàn)榭諝饬鲃?dòng)方向

5、)詳細(xì)的空氣動(dòng)力學(xué)原理這里不再探討。我們會(huì)看到車前部的空氣，由于車往前行駛，使之往后流動(dòng)(這就是人在車上感覺風(fēng)往后吹的道理);也有部分空氣，是往上壓縮的，也就是說是空氣是往上流動(dòng)的，這部分空氣就帶起了路面的灰塵(這是對(duì)LED路燈造成影響的最主要的因素);在車后部，由于形成的密度極低的空間，使之周圍空氣迅速的補(bǔ)充進(jìn)來(這是在路邊人感覺風(fēng)往車的方向的原因)。通過汽車經(jīng)過對(duì)空氣的擾動(dòng)示意圖，我們明白了車對(duì)道路上空氣的影響，我們?cè)賮碛嗅槍?duì)性的分析LED路燈的散熱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)(見圖2)。圖2圖2這種結(jié)構(gòu)，在室內(nèi)環(huán)境及干凈的環(huán)境中這種設(shè)計(jì)是能夠達(dá)到理想的散熱效果的，表面的翼狀凸起增大了散熱面積，從散熱原理上來

6、講，增大了熱輻射和熱對(duì)流的面積，強(qiáng)化了燈具的散熱效能，使燈具能夠達(dá)到散熱效果(見圖3)。圖3 燈具表面熱輻射和熱對(duì)流示意圖，細(xì)線為熱輻射，粗線為熱對(duì)流但是在道路這種條件惡劣的環(huán)境中這種設(shè)計(jì)是完全不能適應(yīng)的(見圖4)，這是汽車經(jīng)過時(shí)空氣流動(dòng)示意圖。圖4 空氣流動(dòng)示意圖(箭頭方向?yàn)榭諝饬鲃?dòng)方向)通過這圖4，我們就能夠形象的看出，被汽車揚(yáng)起的灰塵由于重力的作用就會(huì)沉積在散熱片的表面，由于灰塵在燈具表面起到阻熱作用，從而影響燈具的熱輻射和熱對(duì)流的效果。所以這種結(jié)構(gòu)在應(yīng)用中長時(shí)間積累的灰塵，將會(huì)大大的降低LED路燈的散熱效果。這個(gè)現(xiàn)象就是某些廠家生產(chǎn)的路燈在安裝一定時(shí)間后失效的最主要的原因。這種結(jié)構(gòu)給我

7、們工程師帶來很大的困擾，為什么在工廠經(jīng)過長時(shí)間老化不會(huì)出現(xiàn)問題，但是一旦安裝到道路上不長時(shí)間就會(huì)出現(xiàn)問題了呢?問題就在這里，沒有充分的考慮LED路燈的使用環(huán)境。再來看看下面的這種結(jié)構(gòu)(圖5)。圖5這種結(jié)構(gòu)采用橫紋散熱結(jié)構(gòu)，雖然能夠降低部分灰塵的積累問題，但是也不會(huì)經(jīng)得起時(shí)間的檢驗(yàn)，因?yàn)榛覊m由于重力作用在燈具散熱表面的沉積和道路上污染物對(duì)燈體的腐蝕足以在一定的時(shí)間內(nèi)影響燈體熱量的散失，從而影響散熱效果。這里就不再詳盡的分析，有興趣可以按照上面的圖例作圖分析一下。再來分析一下圖6這個(gè)LED路燈設(shè)計(jì)。圖6這種設(shè)計(jì)純粹的是人為制造眩光(人眼在直視光源3秒鐘后，閉眼在15秒鐘內(nèi)在人眼形成的亮斑不能消失，

8、即所謂眩光)，使人不能直視，達(dá)到很亮的效果;但是作為LED路燈，LED本身具有積溫效應(yīng)(在很小的面積或體積內(nèi)，短時(shí)間積聚大量的熱量而不能有效的散發(fā)出來，即積溫效應(yīng))，而這種LED陣列式排列封裝，使積溫效應(yīng)更加突出，從而加大散熱難度，增加LED路燈的失效率。從交通安全意義上來講，由于眩光問題的存在，在一定程度上造成交通事故率的升高。這種設(shè)計(jì)在產(chǎn)業(yè)初期是不可取的曇花一現(xiàn)的設(shè)計(jì)思路。綜上所述，LED路燈的散熱設(shè)計(jì)最重要的不是要考慮路燈的散熱面積的問題，而是要著重考慮散熱結(jié)構(gòu)適應(yīng)環(huán)境的要求。如采用分體式設(shè)計(jì)(見圖7)。圖7A為遮蓋在燈體上部的遮蓋罩，B為LED路燈及散熱結(jié)構(gòu)體，C為散熱結(jié)構(gòu)橫紋(注意一定是橫紋，不能設(shè)計(jì)成縱紋)。(由于本人作圖能力較差，請(qǐng)諒解。)A是用來防止灰塵的沉積，設(shè)計(jì)關(guān)鍵點(diǎn)在于A的底部寬度一定要小于B的寬度，而且在B上要有相應(yīng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，配合A和B之間的差額，以利于灰塵清理和減少A對(duì)熱對(duì)流的影響。在A的內(nèi)表面做黑色氧化處理，以利于更好的吸熱?？刂艫和B之間的距離，以減少A熱對(duì)流的影響。這種設(shè)計(jì)思想是沿用原有的設(shè)計(jì)思路，盡可能的減少灰塵在散熱結(jié)構(gòu)上的沉積，從而優(yōu)化散熱效果;A采用黑色內(nèi)表