大功率LED灯具散热技术

2021-05-23 照明小编 www.gdzrlj.com
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目前大功率LED灯具在市场上,还是十分紧俏的。技术难题集中在散热:关系到寿命长短,光衰,所以有必要研究探讨一下。

首先针对LED产品的外在直接参数,展开讨论:

温差大,散热器表面温度高—好? 这么说法对不对? 对此不能一概而论,需要对具体情况做具体分析,才能确定这种说法对不不对?

散热有两种目的:

(1)将热源的热量传递给环境,对环境加热时环境温度升高。比如供暖系统。

(2)将热源的热量传递出去,使热源的温度尽可能降低。大功率LED灯具的散热—本文章针对这个产品技术点,展开描述性地讨论。

对于供能系统,需要将周围环境加热到足够高德温度。LED大功率灯具产品的散热,与暖通散热的目的,正好有点反过来。可能读者不太会马上理解,等理解本文后,可能会理解前面这句话的原理。

LED大功率灯具散热的目的,不是保持散热器的温度为目标,也不是以加热环境温度为目的,而是以降低热源的温度为目的。因为有了散热,热源的温度才可能降低,散热器的温度,自然也不会高。良好的散热设计,热平衡后,热源与散热器的温差要小,散热器与周围的空气的温差也要小。

绝不能片面的看散热的有关公式中,散热量与温度或温度差成正比,以此为依据而提高散热器的温度。在热源功率一定时,要提高散热器的温度,就要减少散热器的尺寸或辐射能力。但是,散热器的温度提高,虽然使得散热器件与空气的温差大了,但是热源与散热器的温差却减小了,顾此失彼,实际上忽略了单位面积热量和散热的速度。这样的结果:散热器的温度升高了,热源的温度也相应地升高了。这不符合散热设计的初衷。

散热三个目标:

1, 热源,单位面积的传递热量。

2, 加快散热速度,单位时间热量传递。

3, 在符合前面两个条件,过高散热器与热源的温差,也是不可取,以成本为代价的,所以建议稿功率在适当的温度40-50度范围内,为可取的。

结合实际产品,来探讨散热的三个目标。

散热器与空气温差,不能笼统的讲,这要看情况来具体分析。如果散热器的翅片很薄,很高,热量难以传递到翅片顶端,顶端的温度就低。这样做就要设计光源散热中心与散热器,距离不能太远,尽可能接近。(图一,图二为例,只做参考,希望制作时参考热学原理,并结合实际制作经验,做样时留点余量,不断改进,这样能缩短产品走向市场时间)。

图一

优点:散热均匀速度快:符合第2条原理。

缺点:成本很高,,对于大功率90W以上,热量效果不佳。加工工艺过高,适合小中型功率泛光灯,投光灯。

图二

优点:大面积的散热,散热的热量多:符合第1条原理。

缺点:成本很高。对于大功率60W以上,热量效果不佳。灯壳的设计适合低于100W LED路灯要求。

第三种情况:

虽然看来散热器的远端与热源的温差实际很大,但热量并没有很好地传递到散热器的远端。这种大温差,小面积,长距离的热路径,实际热阻很大,单位时间内传导到远端的热量很少。

虽然加大散热面积(鳍片),空气导热系数很小,通过铜导管,是长距离传统过程,铜带接触面积小,热量主要通过路灯的灯壳辐射出去(不建议路灯系统做空气对流,但适合用在户内代替高功率卤素灯上,在这里简单带过)。

缺点:

1, 面盖部分加了,空气对流,但是密封系统变差,也是不优秀的设计,实际上更多的热量集中在鳍片上,而没有散到空气中去,或辐射出去。

2, 裸露铜管,铝管时间寿命变短。

3, 价格很昂贵。

4, 有些在管里加入散热液体材料,更增加了成本,减少了重复使用的几率,提高了成本。

图三

改进:

散热鳍片背部成平面,并夹上铝条板,或铜条板,与灯盖碰面紧贴。(见图四)

这样做,成本又要高出一个部分,但是弥补了需要空气对流,灯具配件被露外面,所带来的弊病。

此建议适合高端产品市场(本文论点是针对大功率LED灯具平民化的产品、长寿命的灯具设计探讨,如果是高端市场的产品需求,还有其他设计方法,建议读者自己探索摸索,原理还是根据前面讲的三大目标)。

图四

散热器的温度,公式上会给读者带来减少疑虑,应该注意是指散热器上什么位置的温度。由于散热器的结构各有不同,且散热器上的温度是不均匀的,很难说哪个地方的温度能够代表是散热器的温度。它实际上以热源高温度为代价的。希望读者不要模糊此概念,但是用不到大功率LED灯具散热的上面。

传统泛光灯灯具为什么改造LED灯具有困难:

1, 传统泛光、投光灯具空间结构是适合钠灯,金卤灯特点,耐高温,超出一两百度,都是允许,但是LED不能这么做。

2, 传统灯具背部结构一般是弧形,散热中心通过散热部件,通过空气对流,再传导给灯壳。为减少热量周转距离,改造时,要开模做,搭铝、铜桥架(上面谈到得几点),这样才能使热量最终散热出去,但是加工费用比较高,维修起来麻烦,同时规模化生产不允许。

3, 一般灯壳表面有油漆,烤塑,散热性能,传导系数大大折扣。

为了更好理解散热思想,有必要强调一下:

LED电子产品的散热设计,不是以温差作为先决条件的,而是以热源的温度为先决条件的。建议开发灯具时候,需要心里有底:

1, 要求将LED热源的温度控制在多少度以下,不断修改散热传递的系数(材料部分: 铝,铜材料,或石墨),不断地改变散热器的面积。

2, 缩短散热的传导路径。

3, 集合市场需要的产品:数量,功率型种类,然后采用什么工艺(精密加工,折边,浇铸,或组合工艺等等)。

本公司经验之谈:

1, 先把LED大功率灯具的种类划分,哪些灯壳在品质上能达到多少W大功率LED灯具制作要求。

2, 新款灯具、或超大功率型灯具,在制作样板时,结合热学模型,并结合实际制作情况,做灯具的散热部分,要留些余量(空间上留些余地),然后不断测试热源的温度,最终达到高品质的要求。

3, 电源部分要让散热和美观结合。

分析问题,不能被灯具外在的温度所迷惑,要考虑到各种因素(前面讲的三大目标),参考前面讲的散热三大目标,采购商这时可以擦亮眼睛,判断灯具质量好坏(摸一下,测量一下温度等常规手段),以供参考。

散热系统,是一个系统设计、工程、经验的结合体,目前哪家吧品质做倒位,哪家价格接近传统灯具价格,哪家就有市场。

上海廉实表面处理技术研发有限公司

(浙江新阳光集团股份)

林信君(林才献ID:332626197812083216)