灯具散热那些事儿

　　半导体晶片由两部分组成，一部分是P型半导体，在它里面空穴占主导地位，另一端是N型半导体，在这边主要是电子。但这两种半导体连接起来的时候，它们之间就形成一个“P-N结”。当电流通过导线作用于这个晶片的时候，电子就会被推向P区，在P区里电子跟空穴复合，然后就会以光子的形式发出能量，这就是LED发光的原理。而光的波长决定光的颜色，是由形成P-N结材料决定的。

　　LED把电能转化为光能的过程中，电流流过LED元器件时，PN结的温度会上升，形成所谓的发光发热，即电流越高，温度越高，光的亮度就越高，看到这里很多人可能会说，既然如此，那为什么还要去控制LED的温度呢？

　　要了解此问题，我们先来看看过高的温度会对LED跟LED灯具造成怎样的影响。

　　温度对LED的影响

　　①LED主要由支架、银胶、晶片、金线（铜线）、环氧树脂所组成的，其中除了支架和环氧树脂外，其余三种物料出现损害都能直接导致LED停止工作，而过高的温度，正好就是以上三种物料的克星，在高温的环境下LED的光衰会增大，减少LED的使用寿命，更有过者甚至能在一瞬间把金线（铜线）烧毁导致LED直接损坏。

　　②单体的LED并不能直接满足使用需求，常常伴随者LED一同出现的还有LED电源（驱动），电源本身就是一个发热体，它有着自身的耐温要求，如若温度太高，会造成电源的失能甚至损害，从而导致LED灯具无法正常工作。

　　所以，解决LED跟LED灯具的温度问题是刻不容缓的，也就是散热。

　　散热原理

　　传统意义上的散热就是所谓的传递热量，而传递热量的原理有以下三点：

　　1 传导

　　众所皆知，热是能通过介质传导的，它能从温度过高的位置传递到温度过低的位置，既然如此，那么材料的传导率、散热体结构造成的热阻以及形状大小都有可能对热传导进行干扰。

　　2 辐射

　　高中物理老师告诉我们，热是往上走的，其实这就是所谓的辐射，它很极限与周围的环境以及辐射体本身的材料。

　　3 对流

　　买楼房的人应该听过一字楼这个概念，销售一般会说这样的楼房是很凉快的，确实如此，所谓的对流就是通过气体或液体的流动来散热，它的散热速度一般取决于流动的速度，如若想在灯体上实现是很难的（考虑防水，安规等因数），不过也并非没有具体参考以下图示产品。

　　以上三点散热，现在用到灯具上最多的是热传导，同样这也是今天我们着重探讨的话题。

　　热传导

　　阅读以上文字的朋友应该注意到影响热传导的有三点，材料、结构、尺寸。

　　1 材料

　　说到材料，我们得由LED灯具的组成来说，首先一个最常见的LED灯具是由散热器（灯身）、LED、基板、电源驱动、光学元件组成的。其中发热体有LED、驱动两个，散热体有散热器、基板、或者铝制的光学元件（导热量几乎可以忽略不计）。

　　· 散热器

　　LED灯具的散热器一般都是铝制的，其中分为两大类，以AL6060等铝材为主的拉伸铝，以ADC12为主的压铸铝。其中ADC12的导热系数为96.7w/m ℃，AL6060等铝材为198~250w/m ℃不等，在导热上后者是优于前者的，看到这里有人可能会问，既然AL6060等铝材导热这么好，为什么还会有ADC12的出现呢？

　　①ADC12压铸铝，它以量产快，可以满足设计美观上的大致要求（几乎是你想到的造型都能呈现出来），不过因为可改动低，设计模具费用高，一般是采用在尺寸不是很大，不需要修改的产品上，同样的它也因为价格相对便宜，所以长期占据在外壳市场上。

　　②拉伸铝，导热性强，模具成本低一般是压铸模的十分之一，长度变化也很灵活，加工量产快，然而它不能完全占据外壳的市场原因有以下几点：硬度不足，容易变形、外观基本只能是拉伸型，变化少，满足不了市场外观要求。

　　综合以上两点，可得出散热拉伸铝优于压铸铝，外观实用性后者优于前者，具体取决还要看设计的成本要求以及外观要求。

　　· 基板

　　除了外壳之外，基板也是重要的散热体之一，市面上常见的能用到LED灯具上的散热基板有铜基板、铝基板，其中导热性铜基板优于铝基板，不过优于价格相对高，很大部分的设计者或者企业都会选择铝基板作为散热板。

　　2 结构

　　①外观上可以采用以下图示中鳍片设计。

　　②在设计初期，应当想好电子元器件的摆放，避免出现以下几种图示中的共热源情况。

　　③在结构的允许下，最好不要把电源的位置固定到光源底下，因为按照热流通的原理，热是往上走的，在确实没办法控制的情况下，最好把传导距离预留到3CM以上（至于为什么，请自行百度热传导相关知识）。设计平面如下图。

　　3 尺寸

　　这个就不细说了，例如一平方米的材料导出1W的热量，跟一平方米的材料导出100W的热量，这个概念很清楚，没有必要细说，在这里只能推荐是，在合理的范围内选用合理的尺寸。

　　散热误区

　　读以上的资料，很多人应该明白热导对于灯具散热来说是至关重要的，所以很多人都会去选择更好的散热材料，从而迷信于那些所谓的价格高，没有经过多方验证的高科技材料，其实有实验得出，用普通的铝散热，经过多次测试，热沉的温度也就只比某些所谓的高科技散热材料高3-5°，也就是说，如果真能用到一种导热特好的材料，在热阻为零的情况下，只能把温度降低3-5°而已，但成本上就另谈其说了。

　　除了材料，热管上面也存在很大的误区，首先来说说什么是热管，热导管（称热管）是一种具有快速均温特性的特殊材料，其中空的金属管体，使其具有质轻的特点，而其快速均温的特性，则使其具有优异的热超导性能；热管的运用范围相当广泛，最早期运用于航天领域，现早已普及运用于各式热交换器、冷却器、天然地热引用等，担任起快速热传导的角色，更是现今电子产品散热装置中最普遍高效的导热（非散热）元件。

　　这段介绍听起来是很高大上，然而从热沉导出的热量最终需要通过空气对流把热带走的，如果没有散热鳍片的支撑，热管很快就会达到热平衡，温度同热沉一起上升，那就没有多大的意义了，而在热管上增加鳍片的话，最终还是用鳍片散热，而且鳍片和热管的接触点反而不如其他的方式接触的好，另外也会导致成本的提高，散热效果没有得到改善。所以在使用热管时，尽量要考虑其结构合理性，不能盲目使用。

　　散热三点，传导、对流、辐射，其中传导跟对流我已经交代了，接下来谈谈辐射，其实这对灯具散热来说是没有多大的意义的，然而很多的人都会听那些厂家说什么纳米辐射材料什么的，其实这对灯具来说，真的是忽略不计的。为什么？首先对于灯具来说，温度大概范围是50-80°左右，而在这种情况下，就算辐射材料达到黑体辐射的辐射能力，也最多可以起到散热的百分之几的比重，而且涂层本身就是妨碍热导的，从而影响到灯具的散热。