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照明中大功率LED路灯散热方案

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照明中大功率LED路灯散热方案-LED日光管_大功率LED路灯_江门市红源光电科技有限公司

照明中大功率LED路灯散热方案

照明中大功率LED路灯散热方案

创建节约型社会已成为人们的共鸣,但是目前工厂照明中仍旧大量使用的高压钠灯灯具的综合效率并不高,只有70%左右,且显色指数偏低,夜间照明感觉灰暗,不利于工厂工作职员对产品功课的分辨,对工厂加工功课安全存在一定的影响。

目前,大功率白光LED在发光效率(>80lmPW)、使用寿命(>50000h)、光输出特性、显色机能(75~80)、色温的选择、可调控性以及绿色无污染等方面具有独特的上风,能够按照工厂照明设计尺度的要求,利便灵活地设计出合乎光输出要求的、令人满足的工厂照明灯具,成为具有极强竞争力的新型优质光源。在决定led工厂照明应用的几个枢纽技术中,散热设计长短常重要的一环,也是制约其能否获得广泛使用的技术瓶颈之一。也就是说,散热设计的好坏将直接决定LED工厂照明的机能指标优劣以及实际的推广应用能否获得成功。

一、大功率LED的散热方案

大功率LED是构成LED工厂灯的基本发光源,目前的芯片电P光转换效率很低,只有15%~20%,芯片的物理尺寸为1~6125mm2,面积很小,功率密度及发烧量很大,所消耗电能中的80%~85%将转换为热能而需要被披发掉,并且芯片的温度超过一定值时,发光波长变长,颜色发生红移,将导致芯片出光效率下降和使用寿命减少等诸多问。因此要保证大功率LED能够正常有效地使用,散热是首先需要解决的枢纽题目。

二、温度对LED的影响及封装的一次散热方案

大功率LED芯片工作时的结温高低与光通量、寿命的关系极为紧密亲密。为了将高达80%~85%的热量披发掉,LED在封装时就采用了科学的热流程设计和卓有成效的封装工艺。通过应用高导热的材料(内部热沉)来保证由芯片产生的高热能够顺利地导出,使得封装成型后的LED具有良好的导热和热散出机能。

三、LED结温与光通量、寿命的关系

基于大功率LED的工作特性,其结温的高低与光通量的大小、使用寿命的是非有直接的利害关系。

持在答应的范围内,是LED应用首先要解决的枢纽性技术题目。

四、LED封装的一次散热

LED封装的一次散热设计是由LED出产阶段的工艺来确定的。图2给出了LED封装散热设计的一般流程示意,主要是由芯片内部的热设计和封装的热设计构成。这样一来,通过科学公道的设计就能够得到令人满足的LED导热和散热效果。

五、LED的二次散热方案

对于已经商品化的大功率LED,由其芯片封装所构建的一次散热设计已经固定,使用时无法更改,因此作为发光光源在路灯中使用时,就需要根据现场的实际工况及工作前提等进行二次散热方案的设计。

六、LED二次散热设计流程

LED二次散热设计流程见图4所示。主要表述为:计算热阻和结温,看能否知足LED的散热要求,假如能够知足散热要求就直接输出结果,假如不能知足LED的散热要求就要进行散热器设计,然后再看设计能否知足LED的散热要求,能就需要进行下一步的优化设计,不能的话就需要重新进行散热器设计,直到能够知足要求为止。

LED二次散热设计的热阻网络示意图见图5所示。图中虚线框内的为LED的一次封装散热,主要由LED芯片PD产生的热量,通过内热阻Rj-c向别传递,由外壳和封装透镜向外扩散,热阻为RTP。其热传导过程表述如下:

LED的内部热沉通过粘结层将热量传递给金属线路板,内部热沉与金属线路板间的热阻为Rc-b,再由线路板通过粘结层传递给散热器,热阻为Rb-s,散热器将热量通过热阻Rs-a向空气中披发。

七、二次散热的影响因素

金属PCB线路板——为了解决单元LED之间的电路联结与散热通道相互独立的题目而采用的技术手段。存在的题目是膨胀系数大、比重大、重量重等。

常见的有将陶瓷与金属结合形成的金属低温烧结陶瓷基板等。

金属基复合材料板——金属基复合材料板为金属PCB线路板的改进型。将金属材料的高导热性与增强材料的低膨胀性相结合,具有膨胀系数可调、比重小、导热率高的特点。

(2)均温板

将LED单元之间高热门的热量进行导出和扩散,使其在散热面上获得平均的温度分布,进步散热效果,有利于散热器的总体散热。

导热胶——硬化温度低于150℃,热导率小,导热效果差。

导电银浆——硬化温度低于200℃,具有良好的导热性和较好的粘接强度。

锡浆——与上述两种粘接剂比拟,锡浆应该优先选用,由于其导热性为最优,导电机能也很优胜。

被动式散热——特点是散热时不需要消耗额外的能源(电能),但总体的散热能力有限,合用于中、小功率的LED路灯散热。

主动式散热——特点是散热时需要消耗额外的电能,但散热的效果好,合用于较大功率LED路灯的散热。

薄膜集成封装——取消金属PCB板,在金属散热器上直接天生绝缘膜和电极膜,由此所得到的散热效果远远优于常规的金属PCB板,能够进一步减小LED的总体热阻。

散热器上芯片直接封装—取消常规的LED内部热沉,而将芯片直接封装在预先设计好的具有特殊结构的金属散热面上,再进行整体封装。这样一来也能够进一步减少热阻。

八、LED被动式散热方案

LED的被动散热主要合用于中、小功率的LED来散热。因为不需要额外消耗电能,故应用时总体的效率不受影响。

(1)天然散热

天然散热工作原理是在基板的外侧加上散热器,通过热传导将芯片高热量导出,然后再通过热对流与空气进行交换,将散热器上热量披发掉。

式中,Q为热量,也就是热传导的热量;K为材料的热传导系数,热传导系数越高,其比热的数值也就越低;A为传热的面积(或是两物体的接触面积);ΔT为两真个温度差;ΔL为两真个间隔。因此,从公式就可以发现,热量传递的大小同热传导系数、热传热面积、两真个温度差成正比,同间隔成反比。也就是散热器的材料要具有高的导热率,且自身的温升要低,比热要大,一般采器具有高导热性且热容量大的材料(铜、铝)制成(参见表1)。

式中,Q为热量,也就是热对流所带走的热量;H为热对流系数值;A为热对流的有效接触面积;ΔT为固体表面与区域流体之间的温度差。因此热对流传递中,热量传递的大小同热对流系数、有效接触面积和温度差成正比关系。为了增加散热效果,即增加其表面与空气的接触面积,散热器的外表面可被制成鳍片状。鳍片的外形也有多种多样,并且鳍片的数目、位置、尺寸大小、倾斜角度及厚薄等都需要进行当真研究,除了常见的直线形外,还有波浪形、螺旋形、圆柱形和锥台形等,所在多有,目的是为了便于空气对流、雨水冲洗,以获得最佳的散热效果。在使用的材料上,铜的导热机能比起铝要快得多,但铜的散热没有铝快,由此便形成了一种新型的铜铝复合型散热器—将铜铝各自的长处结合起来,铜可以快速地把LED芯片的高热量传给铝,再由大面积的铝鳍片把热量散去,从而达到更加良好的散热效果