LED燈具的散熱技術(shù)

LED燈具的散熱技術(shù)一.LED發(fā)光的基本特性1.光通量與結(jié)溫曲線圖2.LED溫度與壽命的關(guān)系曲線3.LED結(jié)溫產(chǎn)生的原因結(jié)溫的概念:LED芯片PN結(jié)的溫度。產(chǎn)生LED結(jié)溫的原因：

1.LED芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的內(nèi)電阻相互壘加，構(gòu)成LED元件的串聯(lián)電阻，當(dāng)電流流過時(shí)會產(chǎn)生焦耳熱。

2.LED芯片內(nèi)部PN結(jié)的電子與空穴對合并時(shí)，一部分產(chǎn)生光，一部分以發(fā)熱形式把能源消耗掉，最終都以熱的形式表現(xiàn)出來。

3.LED芯片內(nèi)部PN結(jié)產(chǎn)生的光不能全部透射出來，一部分由于折射和全反射的存在，光轉(zhuǎn)變成熱的形式表現(xiàn)出來。

4.LED芯片內(nèi)部材料的熱阻存在，使LED產(chǎn)生的熱量不能及時(shí)導(dǎo)出，使結(jié)溫上升。4.降低LED結(jié)溫的途徑選用高效、低熱阻的LED光源芯片。增加良好的二次散熱機(jī)構(gòu)。降低LED光源與二次散熱機(jī)構(gòu)安裝介導(dǎo)之間的熱阻?？刂祁~定輸入功率和諧波電流。降低LED工作環(huán)境溫度。二.熱散發(fā)的基本形式（一）熱量傳遞的基本原理傳導(dǎo)

熱從物體溫度較高的一部分沿著物體傳到溫度較低的部分的方式叫做熱傳導(dǎo)。

對流靠氣體或液體的流動來傳熱的方式叫做對流。

輻射

高溫物體直接向外發(fā)射熱的現(xiàn)象叫做熱輻射。

熱量（二）影響熱傳導(dǎo)的因素（三）影響熱對流的因素（四）影響熱輻射的因素散熱材料的熱傳導(dǎo)率散熱結(jié)構(gòu)造成的熱阻熱傳導(dǎo)材料的形狀和尺寸氣體的流動及其速度液體的比熱容及流動速度和體積周圍環(huán)境與介質(zhì)的熱阻性、熱輻射本身材料的特性三.提高散熱效果的方法強(qiáng)制風(fēng)冷（增加能耗）循環(huán)水冷（增加能耗）介質(zhì)蒸發(fā)制冷自然風(fēng)冷電子技術(shù)制冷（增加能耗）四.LED燈具的散熱模式燈具內(nèi)安裝散熱鰭片——增加散熱面積適合于功率較小一般小于30W的LED燈；大于30W以上的，由于熱量在燈具內(nèi)部難以散發(fā)，使溫度逐步升高，造成光衰。風(fēng)機(jī)加鰭片——增加對流散熱效果優(yōu)點(diǎn)：散熱效果好。缺點(diǎn)：風(fēng)機(jī)壽命不長，增加成本，增加能耗。燈具上殼上設(shè)有散熱鰭片——增加散熱面積和與空氣的對流

相對于散熱器在內(nèi)部的散熱結(jié)構(gòu)稍好。燈具下殼設(shè)有散熱鰭片——增加散熱面積

由于熱量與空氣進(jìn)行熱交換時(shí)是通過對流散熱，此方法影響對流效果。五.超導(dǎo)熱管式LED燈具（一）熱管的原理利用了熱傳導(dǎo)原理與致冷介質(zhì)的快速熱傳遞性質(zhì)，透過熱管將發(fā)熱物體的熱量迅速傳遞到熱源外。冷凝器部分蒸發(fā)器部分熱量由熱管的一端傳至另—端。熱管在實(shí)現(xiàn)這一熱量轉(zhuǎn)移的過程中，包含了以下六個(gè)相互關(guān)聯(lián)的主要過程：(1)熱量從熱源通過熱管管壁和充滿工作液體的吸液芯傳遞到（液－－－汽）分界面；(2)液體在蒸發(fā)段內(nèi)的（液－－汽）分界面上蒸發(fā)；(3)蒸汽腔內(nèi)的蒸汽從蒸發(fā)段流到冷凝段；(4)蒸汽在冷凝段內(nèi)的汽．液分界面上凝結(jié)；(5)熱量從（汽－－液）分界面通過吸液芯、液體和管壁傳給冷源；(6)在吸液芯內(nèi)由于毛細(xì)作用使冷凝后的工作液體回流到蒸發(fā)段。熱管工作原理示意圖燒結(jié)管及應(yīng)用示意圖大部分LED燈具選用LED燒結(jié)管作為導(dǎo)熱元件。特點(diǎn)：價(jià)格低、導(dǎo)熱快、不易損壞。（二）帶熱管導(dǎo)熱LED燈具的結(jié)構(gòu)形式導(dǎo)熱型均溫型（三）帶熱管導(dǎo)熱的LED燈具的特點(diǎn)1.熱管只是增加熱傳導(dǎo)速率，但不具備散熱能力。2.熱管+散熱片+足夠的散熱面積+足夠的與空氣對流的環(huán)境，才能解決LED散熱問題。六.影響LED燈具散熱的主要因素1.導(dǎo)熱材料的導(dǎo)熱率和熱阻。2.不同材料接觸面的熱阻和介質(zhì)材料的熱阻。3.散熱器材料的材質(zhì)及散熱面積。4.散熱器結(jié)構(gòu)的形式。5.散熱器與空氣形成熱交換的速率。6.環(huán)境溫度和風(fēng)速的影響。七.常見LED燈具散熱情況的分析1.分立式LED光源組裝的LED燈具散熱情況的分析。分立式大功率LED主要的散熱路徑是：管芯→散熱墊→印制板敷銅層→散熱器→環(huán)境空氣。若LED的結(jié)溫為TJ，環(huán)境空氣的溫度為TA,散熱墊底部的溫度為Tc（TJ＞Tc＞TA）從管芯的結(jié)溫TJ傳導(dǎo)到空氣TA的總熱阻RJA與各熱阻關(guān)系為：RJA=RJC+RCB+RBA分立式大功率LED結(jié)構(gòu)示意圖散熱路徑示意圖雙層敷銅層散熱結(jié)構(gòu)鋁合金基敷銅板結(jié)構(gòu)圖“∪”形鋁型材散熱片2.帶熱管導(dǎo)熱LED燈具散熱情況的分析。從燈具光源發(fā)出的熱量通過熱管傳遞到散熱片上，熱管可以增加熱傳導(dǎo)速率（熱管本身不具備散熱能力），但是熱量傳遞到散熱片上后，還需要散熱片有足夠的散熱面積和足夠的與空氣對流的環(huán)境，如果上述條件滿足不了，則系統(tǒng)熱平衡后，LED散熱問題依然存在。3.集成模塊LED光源組裝的LED燈具散熱情況分析。散熱器與燈殼一體化的科學(xué)設(shè)計(jì)，使LED光源與外殼緊密相連，通過獨(dú)特的散熱器與空氣對流高效散熱，實(shí)現(xiàn)了芯片熱量的快速傳遞與釋放，不僅確保了光源能在較低溫度下工作，而且最大限度地減少了LED光衰減，從而形成了LED燈具壽命長，免維護(hù)的特點(diǎn)。低熱阻光源模塊接觸面精密配合傳熱技術(shù)低熱阻接觸面導(dǎo)熱介質(zhì)高效導(dǎo)熱均溫散熱技術(shù)燈殼散熱一體化結(jié)構(gòu)銅鎂鋁合金立體散熱器徹底解決大功率LED燈具散熱難問題LED燈具整體散熱解決方案示意圖專利銅鎂鋁合金材料

散熱效果好高效散熱器結(jié)構(gòu)八.單片式過孔散熱一體化LED燈具散熱情況介紹（一）低熱阻LED光源1.銅基板封裝式銅基鍍銀，高效固晶銀膠，導(dǎo)熱高達(dá)50℃/w.k。專利固晶方式出光效率高。專用調(diào)配膠，使熒光粉層穩(wěn)定且光衰小，硅膠封裝保護(hù)，無黃化風(fēng)險(xiǎn)，光衰小，熱阻低。2.陶瓷基封裝式陶瓷共銀基板，導(dǎo)熱率高，且與LED晶粒模數(shù)匹配，不受高低溫的變形變形影響。熱阻低，光效高，紫銅均溫板，使熱阻更低散熱，散熱通道更暢。銅基板集成封裝芯片陶瓷基集成封裝芯片（二）稀土合金散熱器一體燈殼結(jié)構(gòu)1.稀土合金材料的導(dǎo)熱率。通過高科技的納米稀加入技術(shù)。使制作散熱器的合金材料，導(dǎo)熱增加1.5-2.5倍。2.稀土合金材料的均溫能力。專利結(jié)構(gòu)的導(dǎo)熱、傳熱、均溫板使熱量分散，并均勻地傳遞到散熱片上散發(fā)掉。3.帶過孔散熱器的散熱面積。專利過孔散熱器結(jié)構(gòu)，使相同體積和重量的散熱器散熱面積加大一倍，散熱能力提高2倍。4.散熱器與空氣的熱交換接觸面。專利散熱器結(jié)構(gòu)加大了散熱片與空氣的熱交換接觸面，使熱散發(fā)更順暢。5.過孔散熱結(jié)構(gòu)形成的加速對流效應(yīng)。專利過孔散熱結(jié)構(gòu)，形成了“煙囪效應(yīng)”，加速了空氣的對流，使熱散發(fā)更快捷，燈具熱量變成了空氣流動的動力源。6.納米材料制作的熱輻射涂層，加速熱輻射散發(fā)能力。散熱片均溫板散熱片均溫板（三）整燈的熱阻示意圖與分立式熱阻示意圖對比傳統(tǒng)熱阻結(jié)構(gòu)專利低熱阻結(jié)構(gòu)（四）單片式LED燈具在散熱方面采用的專利技術(shù)措施1.低熱阻光源部分高導(dǎo)熱率的LED晶片高效的固晶膠和使熱量易導(dǎo)出的固晶結(jié)構(gòu)。拋棄鋁基和鐵基板采用銅鍍銀基板和陶瓷共銀基板。不使用導(dǎo)熱不暢的樹脂封裝，而采用導(dǎo)熱較好，且不宜老化的硅膠封裝保護(hù)。

2.燈具部分散熱器與燈殼一體的散熱結(jié)構(gòu)稀土合金材料制作的散熱器導(dǎo)熱率高熱阻低專利的稀土合金均溫板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使熱量散發(fā)均勻，無高溫區(qū)域。不同導(dǎo)熱材料之間的精密配合技術(shù)，和熱變形模數(shù)匹配技術(shù)，使接觸緊密、熱阻低。高