LED照明灯具散热结构优化设计

开篇：润墨网以专业的文秘视角，为您筛选了一篇LED照明灯具散热结构优化设计范文，如需获取更多写作素材，在线客服老师一对一协助。欢迎您的阅读与分享！

[摘 要]led作为第4代照明光源，其技术目前已日渐成熟，但应用仍大量集中在中高端市场，未来趋势是LED照明产品逐渐走向大众市场，走进大众普通家庭。散热结构的设计成了设计人员重点突破的方向，怎么样降低成本，提高灯具的稳定性成了LED照明突破市场的关键点。本文从LED照明灯具的优势出发，分析散热问题，探讨了散热结构的优化设计。

[关键词]LED照明灯具；散热结构；优化设计

中图分类号：TM923.34 文献标识码：A 文章编：1009-914X（2017）22-0391-01

引言

LED照明灯具设计较为复杂，涉及内容较多，如光学、机械及电子等，其中散热结构作为最为重要的一部分，在灯具使用过程中，极少部分功率会转换为光，而剩余大部分则会转化为热，如果不能够及时、有效处理热能，会极大影响灯具的使用寿命，且在一定程度上影响发光效率，要对LED照明灯具的散热结构进行优化设计。

1 LED照明灯具优势

节能、安全性较高，LED照明灯具的整体光效高，并且在反射时，灯具的损失较低，采用数字调光系统，会使省电效果更加明显。现阶段，同传统高压钠灯相比，LED照明灯具节电能比其节省60%。将LED照明灯具与太阳能系统配套使用，会发挥出更大效果的能源利用率；维护成本较低，LED照明灯具不需要频繁更换，一般可以使用10年左右。与此同时，相比于过去的高压钠灯，LED照明灯具在安装造价、铺设、耗电等方面的成本也低很多，就相应的减少了电缆、变压器及工程费用等，配光容易，LED照明灯具的光源非常靠近自然光，同时，可以人为的对光色进行控制，可以利用配光来满足不同领域照明的具体需求。还可以控制光色的均匀度，不至于像传统光源一样光色太单调；安全环保，LED照明灯具的光源没有辐射，也不会造成光污染，不会对人体造成伤害，维护简单，方便管理，也不需要经常保养，使用寿命较长，短时间内不需要更换。

2 LED照明灯具散热问题

2.1 寿命的影响

LED发光的原理是由于大量活跃的电子在PN结中不断的运动，由动能转化成了大量的光能。LED照明灯具的内部能量不是全部都用于发光，能量有很大一部分转化为了热能，使得灯具内部的温度上升，如果不采取相应的散热措施，随着使用时间的推移，LED照明灯具的内部温度就会持续上升，不断降低发光效率，就会缩短使用寿命，散热处理不好，到了一定的程度，还会烧坏灯具。必须要合理有效解决散热问题，以保证LED照明灯具能长久使用，不会影响其发光效果。目前，很多多人认为LED照明灯具是因为温度较低，不怕热才被称为冷光源，但这是一种误解，LED照明灯具被称为冷光源的真正原因是灯具的玻璃外壳表面温度远远低于HID，相对于HID照明灯具而言，被称为冷光源的。一般来说，灯具内部的热量是利用热传导而散发出去，这就使得在散热时，需要较长的时间。因此，解决散热问题最关键的部分，就是如何以最快的速度、最大化的将PN结产生的热量传导出去。通常情况下，长期在高温状态工作，是导致LED照明灯具寿命缩短的主要原因，因此，延长使用寿命最关键的就是，改善灯具散热问题。

2.2 环境的影响

散热有三种途径：传导方式、对流和辐射散热。在我们设计LED照明灯具散热结构之前，首先考虑的是使用环境，然后根据使用环境，在这三种散热方式中选出最佳的散热方式，最后确定灯具的散热结构。只有这样，我们才能设计出性能更好的LED照明灯具，但很多设计人员不重视这一前提条件。尤其是一些商家，为了能吸引顾客，不断地在散热结构的外形上做文章，只是通过增加散热面积试图来解决散热问题，无法改善散热问题。目前LED照明灯具结构各式各样，让人眼花缭乱。我们在设计LED路灯时，不但要提高LED照明灯具的功能，与此同时还要考虑他的设计是否能适应当时的环境条件。

3 LED照明灯具散热结构优化设计

3.1 一次散热设计

一次散热主要是由生产工艺决定，将芯片及散装作为基础，并结合相应的设计工艺，能够初步实现灯具的散热和导热目标。一次散热设计完成后，需要对灯具进行封装，就灯具设计来看，灯具封装过程较为复杂，涉及内容较多，如焊点、绝缘层及金线等多个方面，技术人员要熟练掌握各方面知识及封装结构，更好地完成封装工作。封装透镜材料自身不具备导热功能，其主要是对芯片的光输出进行有效分配，而芯片的热能则需要借助外部散热器进行散热处理。为此，在进行封装过程中，主要是针对灯具使用要求及条件而进行散热设计。

3.2 二次散热设计

在散热设计的过程中，要坚持具体问题具体分析原则，切合实际情况进行二次散热设计，具体可以通过以下几个方面入手： 首先，计算热阻及结温，并对计算结果进行试验，观察参数是否能够满足散热需求，其次，若试验满足散热要求，则可以将其确定为散热设计参数，反之，则需要进一步调整和改进，提高灯具散热能力；最后，输出设计结果，就灯具散热设计热阻网络流程来看，可以表述为LED内部热沉通过粘结层将热量传递给金属线路板，并将热量传送给散热器，以最大限度将热量散出去。针对二次散热设计封装方面，通常可以采取打线、共晶及覆晶三种方法将芯片与散热基板连接到一起，其中打线主要是借助金属导线连接芯片及基板，在使用中，使得新品产生的热仅通过导线进行传播。但是，这种方法极易受到导线材质及形状的影响，导致散热效能大打折扣。相比较而言，共晶、覆晶接合方式效果更为明显，还能够显著提升散热传导能力，适合大面积推广和普及。

3.3 科学选择散热材料

在选择散热材料时，需要充分考虑材质导热性能、价格及工艺等，就金属材料而言，钻石及银导热效果最佳，但是价格极高，为此，可以选择铝合金材料作为主要散热材料。除此之外，散热器翅片尺寸设计对散热器也同样具有十分重要的影响。散热片主要是以辐射和对流散热，通过增加散热总的有效面积，提高散热性能。在对散热器进行优化设计中，要充分研究鳍片高度及间距等要素的相互影响，并进行参数试验，最后输出理论数据作为依据，使灯具散热效果达到最佳状态，厚度及高度的无限加大，不仅不会改善散热反而会增加重量，它们都有个最优值。

结语

LED照明灯具散热结构的设计是进行LED照明灯具设计的重要组成部分，要分析好寿命的影响、环境的影响，通过一次散热设计、二次散热设计、科学选择散热材料来对散热结构的设计进行优化，加强对灯具散热的调整和优化，从而推动我国节能环保型社会可持续发展。

参考文献

[1] 查朝云，熊念春，张景.一种新型LED照明灯具散热结构设计[J].中国照明电器，2016，08：28-31.

[2] 阮友亮，闫转芳，阎茜，方亮.LED照明灯具散热器结构优化设计[J].中国照明电器，2013，12：19-23.

[3] 张甫江.浅谈大功率LED灯具的散热结构设计[J].科技创新导报，2014，30：36.

[4] 曹晓云.散热设计在LED灯具中的探讨[J].江西建材，2015，21：265.