大功率LED燈散熱結構設計分析

阮文沁

摘 要：自從我國進入21世紀以來，我國的科技發展速度就越來越快，人們的生活理念和生活方式也發生了很大的變化，尤其是可持續發展理念的提出，使得我國的節能產業發展越來越迅速，我國很多其它產業在發展的過程中，也重視了節能減排工作。當前我國的燈具市場上，大功率LED燈的應用越來越普遍，其與傳統的燈具相比，節能效果和應用效果優勢都更加明顯，在我國的應用前景十分廣闊。但是大功率LED燈，在使用的過程中，其內部芯片很容易受到高溫發生損壞，影響其正常的使用，所以當前大功率LED燈在使用的過程中，散熱問題也就備受關注。本文就針對大功率LED燈的散熱結構設計進行分析。

關鍵詞：大功率LED燈;散熱結構;設計

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.01.008

大功率LED燈由于其自身的使用壽命長、節能效果明顯、安全系數更高等優勢，在我國的燈具市場上，占據著十分重要的地位，在我國有著十分廣闊的發展前景，在我國很多領域中的應用也比較普遍，無論是應用于交通、建筑還是家用照明，其優勢都十分明顯。但是這種大功率LED燈在使用的過程中，很容易發熱，使內部芯片燒毀，導致質量問題。因此當前，散熱問題是制約大功率LED燈普及應用的重要問題，必須要對其進行研究并加以解決。

1 大功率LED燈散熱因素

大功率LED燈在散熱的過程中，散熱器的使用會影響到散熱效果，而散熱器的質量又與散熱器的熱阻有直接的關系，所以總體來說，散熱器熱阻越小，散熱器的散熱效果越強。而散熱器的熱阻主要包括以下方面：

（1）散熱器本身導熱熱阻。散熱器自身就存在著導熱的熱阻，根據能量守恒定律，可以發現熱平衡之后，LED燈產生的熱量與散熱器自身導出的熱量是相等的，所以在功率一定的條件下，散熱器的熱阻也是不變的，而且LED燈在使用的過程中，還會將一部分的功率轉化為熱能，這就使得散熱器的導熱熱阻也相應增加。

（2）散熱器表面到環境的散熱熱阻。散熱器表面到環境的熱阻，指的是散熱器散熱過程中產生的熱阻，散熱器表面向環境進行散熱時，主要通過對流和輻射的方式，在這個過程中，必然會產生一定的熱量。根據能量守恒定律發現，散熱器的散熱熱阻與自身的散熱面積、散熱器表面的輻射系數和與周圍空氣的對流系數都有直接關系。

（3）散熱器到環境的總熱阻。散熱器的總熱阻，包括了散熱器本身的熱阻和散熱器表面到環境的熱阻，通過簡單的分析，能夠發現，散熱器的總熱阻于散熱器的散熱面積、尺寸、表面材料的輻射系數和周圍的空氣對流系數等有直接的關系，而減少散熱器的散熱總熱阻，將能夠優化散熱器的散熱性能，所以在散熱結構設計工作中可以通過降低散熱器到空氣的熱阻的途徑，提高散熱性能。

2 大功率LED燈的散熱結構設計

（1）熱管加鰭片設計。如果在大功率LED燈的使用過程中，對其進行熱成像分析，就能夠發現光源基板的溫度與散熱器界面的溫度是存在溫差的，在使用的過程中，大部分的熱量，由于散熱不及時，會被集中于光源處，使得光源的質量受到影響，使用壽命逐漸降低。但是如果在燈具內的熱管上加設鰭片，就能夠促進光源處熱量的盡快散播，效果比較明顯，但是這種設計需要注意燈具的外形和尺寸，對燈具的結構等有比較高的要求。

（2）均溫板加鰭片散熱。對大功率LED燈進行熱成像能夠發現，光源表面溫度與散熱器周邊的溫度溫差比較大，大部分的熱量都無法及時散出，只能在光源處進行集中，而且其散熱的均勻性也不佳，影響最終的散熱效果，所以可以在一起均溫板上加上散熱鰭片，能夠促進其熱量的迅速散播。但是這種設計會增加燈具的重量，所以在設計的同時，還需要對燈具的安裝和使用安全性進行重視，防止在使用的過程中存在安全隱患。

（3）LED路燈散熱器一體化設計。LED路燈和散熱器一體化設計，指的是將路燈與散熱器設計為一個整體，使得LED路燈在使用的過程中，能夠同步進行迅速散熱。但是在進行該設計時，需要先制作散熱模型，并觀察光源中心與周邊的溫差，在經過實驗證明其散熱效果之后才能夠進行應用。這種設計方法在應用的過程中，其散熱器件的散熱效果比較好，無需其他的設備輔助進行散熱，整個設計比較方便快捷，而且在使用的過程中也杜絕了其他安全隱患的發生，所以在當前的大功率LED燈散熱結構設計工作中應用比較普遍。

3 其他散熱設計

（1）自然冷卻散熱器設計。在當前大功率燈的散熱工作中，散熱器的使用是比較常見的，其中自然冷卻散熱器的設計是其中比較簡單的設計，使用效果也比較好。自然冷卻散熱器在設計的過程中，需要考慮到自然冷卻時邊界層溫度較厚的情況，對齒表面的對流進行分析，控制好散熱器的齒間距，在增強輻射換熱的同時，增加散熱器的表面輻射系數。

（2）PCB板加散熱片。在LED燈的芯片電路中，PCB板的背面就附著散熱片，該設計能夠在實際溫度高于計算溫度時，利用空心柱的結構，促進散熱鰭片的散熱，提高燈具內部的通風性，從而提高散熱性能。這種設計通常與大功率LED燈的散熱熱阻和總體散熱熱組進行綜合設計，達到良好的散熱效果。

4 結束語

自從我國改革開放以來，我國經濟社會發展速度就越來越快，但是同時，能源資源和環境問題也越來越突出，制約著我國經濟社會的可持續發展，在這種情況下，節能減排工作就勢在必行，我國很多產業在發展的過程中，也開始重視節能減排。在我國的燈具市場上，大功率LED燈具有比較明顯的高效節能效果，應用效果也極強，是我國燈具的主要發展方向。但是這種燈在使用的過程中，卻由于散熱不便很容易引發質量問題，所以必須要對其散熱結構進行優化設計，提高燈具的使用壽命。

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