張征宇，吳湘蓮

（嘉興職業(yè)技術(shù)學(xué)院，機電與汽車分院）

1 引言

發(fā)光二極管（light emitting diodes）照明以其高效、節(jié)能、環(huán)保、應(yīng)用靈活、壽命長、安全性高等優(yōu)點，成為白熾燈、熒光燈后的又一新興光源。近年來大功率LED在日常照明領(lǐng)域不斷普及，但隨著功率的不斷提高，大功率LED 的散熱問題也日益突出，成為制約其行業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵因素之一。本文首先從大功率 LED 散熱問題入手，對比分析目前市場常見的幾種大功率LED散熱結(jié)構(gòu)的散熱特點，其次提出了大功率 LED 燈具散熱的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計。

2 常見散熱結(jié)構(gòu)

LED燈具輸入功率為100W，采用高密集COB封裝方式，對比如下。

2.1 熱管加鰭片設(shè)計

從熱成像圖片（見圖1、圖2）中可以看出光源基板的溫度與散熱器界面溫度相差2℃。但是光源表面溫度為74℃（見圖3），光源中的熱量還未及時導(dǎo)出，在光源中積聚，影響光源的壽命，造成光衰。鰭片加熱管散熱的這種結(jié)構(gòu)需要在燈具內(nèi)部完成安裝，對于燈具的外形尺寸有嚴(yán)格的要求，不易于成型各種結(jié)構(gòu)尺寸。

2.2 均溫板加鰭片散熱

從紅外成像儀（見圖4、圖5、圖6）中可以看出光源表面溫度與散熱器周邊溫度相差30℃。光源中的熱量未能及時擴(kuò)散出來，散熱的均勻性不好。由于外設(shè)散熱鰭片，燈具的整體重量增加，在燈具安裝使用過程存在安全隱患。

2.3 LED路燈散熱器一體化設(shè)計

2.3.1 有限元分析基礎(chǔ)

三維直角坐標(biāo)系中的瞬態(tài)溫度場場變量T（x, y, z, t）滿足：

圖1 光源基板溫度

圖2 散熱器界面溫度

圖3 光源表面溫度

圖4 光源基板溫度

圖5 散熱器界面溫度

圖6 光源表面溫度

——媒介傳導(dǎo)速率。

則（1）式可簡化為：

由公式（3）確定的邊界條件與初始條件，利用迭代法或者消去法求解，得出熱分析結(jié)果。

2.3.2 散熱模型

LED燈具輸入功率為100W，采用高密集COB封裝方式，傳熱與散熱一體化薄板型散熱器件的穩(wěn)態(tài)溫度場如圖7、圖8、圖9所示。

從紅外熱成像儀中可以看出雖光源中心溫度與周邊溫度相差9℃，但是光源表面的溫度僅為69℃，熱量基本導(dǎo)出，散熱效果非常好。由于散熱器件的散熱效果比較好就無需笨重的外殼來輔助散熱，因此外殼采用PC材質(zhì)，相比與傳統(tǒng)散熱器無安全隱患，散熱效果大大改善。

3 結(jié)束語

從以上對比得到采用傳熱與散熱一體化設(shè)計的薄板型散熱器件有以下明顯的優(yōu)勢。

1）與傳統(tǒng)壓鑄型鋁沉散熱器和型材鋁散熱器相比，其重量可減輕3～6倍，在降低材料成本的同時便于安裝；

2）與熱管散熱器相比其重量也降低了1～2倍，在大功率LED 照明器件上其重量降低尤為明顯；

3）與傳統(tǒng)熱管散熱器相比，其傳熱結(jié)合界面從熱管散熱器的3～4個結(jié)合界面減少到1個，其傳熱熱阻大幅度降低；

4）不存在常用熱管的傳熱密度低、低溫凍凝、向下傳熱能力低下等缺陷，其后期維護(hù)優(yōu)勢明顯。

圖7 光源基板溫度

圖8 散熱器界面溫度

圖9 光源表面溫度

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