隨著(zhù)近些年來(lái)LED技術(shù)作為新一代照明技術(shù)受到了廣泛應用,目前大多數照明場(chǎng)所都采用LED燈,LED燈具應用包括有LED路燈、LED投光燈、LED工礦燈、LED隧道燈等,那么在各個(gè)照明場(chǎng)所的應用過(guò)程中LED燈具功率逐漸加大以滿(mǎn)足照明需求,所以在LED燈具散熱問(wèn)題也就越來(lái)越被人重視。這是因為L(cháng)ED的光衰或其壽命是直接和其結溫有關(guān),散熱不好結溫就高,壽命就短,下面我們根據LED發(fā)熱原因和解決散熱的各種技術(shù):
一、LED發(fā)熱的原因 LED發(fā)熱的原因是因為所加入的電能并沒(méi)有全部轉化為光能,而是一部分轉化成為熱能。LED的光效目前只有100lm/W,其電光轉換效率大約只有20~30%左右。也就是說(shuō)大約70%的電能都變成了熱能。
具體來(lái)說(shuō),LED結溫的產(chǎn)生是由于兩個(gè)因素所引起的:
1.內部量子效率不高,也就是在電子和空穴復合時(shí),并不能100%都產(chǎn)生光子,通常稱(chēng)為由“電流泄漏”而使PN區載流子的復合率降低。泄漏電流乘以電壓就是這部分的功率,也就是轉化為熱能,但這部分不占主要成分,因為現在內部光子效率已經(jīng)接近90%。
2.內部產(chǎn)生的光子無(wú)法全部射出到芯片外部而最后轉化為熱量,這部分是主要的,因為目前這種稱(chēng)為外部量子效率只有30%左右,大部分都轉化為熱量了。
就如前文所說(shuō)雖然白熾燈的光效很低,只有15lm/W左右,但是它幾乎將所有的電能都轉化為光能而輻射出去,因為大部分的輻射能是紅外線(xiàn),所以光效很低,但是卻免除了散熱的問(wèn)題。
二、LED照明燈具的散熱解決方式 解決Led的散熱,主要從兩個(gè)方面入手,封裝前與封裝后,可以理解為L(cháng)ed芯片散熱與Led燈具散熱。Led芯片散熱主要與襯底和電路的選擇與工藝有關(guān),本文暫不闡述。本文主要介紹Led燈具的散熱,因為任何LED都會(huì )制成燈具,所以L(fǎng)ED芯片所產(chǎn)生的熱量最后總是通過(guò)燈具的外殼散到空氣中去。如果散熱不好,因為L(cháng)ED芯片的熱容量很小,一點(diǎn)點(diǎn)熱量的積累就會(huì )使得芯片的結溫迅速提高,如果長(cháng)時(shí)期工作在高溫的狀態(tài),它的壽命就會(huì )很快縮短。然而這些熱量要能夠真正引導出芯片到達外部空氣,要經(jīng)過(guò)很多途徑。具體來(lái)說(shuō),LED芯片所產(chǎn)生的熱,從它的金屬散熱塊出來(lái),先經(jīng)過(guò)焊料到鋁基板的PCB,再通過(guò)導熱膠才到鋁散熱器。所以L(fǎng)ED燈具的散熱實(shí)際上包括導熱和散熱兩個(gè)部分。
然而LED燈殼散熱依據功率大小及使用場(chǎng)所,也會(huì )有不同的選擇,F在主要有以下幾種散熱方法:
1.鋁散熱鰭片:這是最常見(jiàn)的散熱方式,用鋁散熱鰭片做為外殼的一部分來(lái)增加散熱面積。
2.導熱塑料殼:在塑料外殼注塑時(shí)填充導熱材料,增加塑料外殼導熱、散熱能力。
3.空氣流體力學(xué) 利用燈殼外形,制造出對流空氣,這是最低成本的加強散熱方式。
4.風(fēng)扇 燈殼內部用長(cháng)壽高效風(fēng)扇加強散熱,造價(jià)低,效果好。不過(guò)要換風(fēng)扇就是麻煩 些,也不適用于戶(hù)外,這種設計較為少見(jiàn)。
5.導熱管 利用導熱管技術(shù),將熱量由LED芯片導到外殼散熱鰭片。在大型燈具,如路燈 等是常見(jiàn)的設計。
6.表面輻射散熱處理 燈殼表面做輻射散熱處理,可以將熱量用輻射方式帶離燈殼表面。
總體來(lái)說(shuō)目前LED的發(fā)光效率還是比較低,從而引起結溫升高,壽命降低。為了降低結溫以提高壽命就必須十分重視散熱的問(wèn)題。
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