大功率LED燈具散熱結構設計及散熱性能分析

      雖然大功率LED具有節能環保等諸多優點，但同時因為它功率大，產生的大量熱量因無法及時散出而容易造成光源衰退，芯片過熱而使得使用壽命大幅度縮短等一系列問題，一直因擾著大功率LED燈具設計工程師們。

      大功率LED燈具的熱管理主要包括3個方面：芯片級、封裝級和系統集成散熱級。其中，芯片是主要的發熱部件，其量子效率決定發熱效率，襯底材料決定芯片向外傳熱效率；對封裝而言，封裝結構、材料以及工藝直接影響散熱效率；系統集成散熱級也就是所謂的外部散熱器，主要包括散熱片、熱管、風扇、均溫板等。大功率LED燈主要散熱技術有散熱片、熱管、均溫板、導熱雙面膠、導熱硅膠片、導熱硅脂等。

      在大功率LED燈具散熱結構設計中，良好的熱傳導通道應該是降低PCB、導熱介質、散熱體間的熱阻以及增大三者間的有效接觸面，并選擇適合的導熱率較高的導熱介質加快導熱的效率。
      大功率LED燈具的熱源主要來自兩部分：光源和電源。光源部分的熱量，通常要注意光源PCB與散熱體的貼合面間的有效接觸面積，有效接觸面積越大，散熱性越好。此外，要注意不同介質間熱傳導界面盡可能光滑。熱傳導物之間貼合要足夠緊密，嵌合件之件的接觸面空隙要盡可能小而少。

      大功率LED燈具的自然對流散熱方式也是同樣要求有效散熱面積，因此一般情況下，散熱體外壁適當粗糙化可增大有效換熱面積，另外，在噴涂不同色漆時要考慮噴涂厚度和該類色漆的導熱性能和熱輻射性能的好壞。一般為了增大散熱器的換熱面積，我們采用鰭片結構。通常的有效換熱面積為燈具整體面積的50%-60%，“鰭片式”散熱體則可根據鰭片效率和鰭片間距來確定有效換熱性能。

      在自然對流中，電源也會發熱，因為球泡、射燈的電源一般置于燈腔體內部，可采取使用導熱灌封膠或者導熱泥等介質對電源進行散熱處理。對疊加熱場，可建議在電源與LED光源和PCB的貼合平臺間增大空氣層，使之形成空氣隔斷，削弱熱場疊加效應。
      此外，熱輻射是所有物體在任何時間都在進行的一種能量傳遞，不同材料輻射強度不同。一般冷色物體的輻射強度低于暖色物體的輻射強度，粗糙物體輻射強度大于光滑物體輻射強度。一般球泡、射燈的輻射換熱較小，可近似忽略。
      通過以上介紹可以得知，大功率LED燈具散熱不但要有合理的散熱結構設計，而且要針對不同功率、不同結構、不同燈具來選擇合適的導熱界面材料。也不要因為設計結構的不合理影響散熱效果而盲目選擇使用高性能導熱硅膠片等導熱材料，從而使大功率LED燈具的生產成本大幅提高，給生產廠家造成過大的成本壓力，最終影響到大功率LED燈具在整個市場的競爭力，這樣就得不償失了。