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LED灯具散热设计需考虑哪些因素及如何判断其散热性能好坏

目录:媒体报道星级:3星级人气:-发表时间:2016-12-29 15:23:00
RSS订阅 文章出处:跨越电子导热硅胶片网责任编辑:NSW作者:NSW

 在我们日常生活当中LED灯具区别于传统灯具,一般都有个很明显的标志:后面有散热片。并不是因为LED温度很高需要散热。恰恰相反,正是因为LED属于冷光源,芯片很“怕热”,才要做好散热,让他能稳妥工作。一直以来困扰LED灯具发展的两大问题:一是成本,二是散热。其中散热能力的好坏不仅影响灯具的光效,还关系到灯具可靠性,所以可以说散热系统设计是LED灯具产品设计过程中的重要环节。散热性能的优劣和LED的工作温度会影响到灯具的发光效率和寿命。

 

LED散热方式分类及选择

从物理原理角度可分为:传导、辐射、对流。

从使用类别角度可分为:

1、按使用材料分:铝、铁、铜、合金、陶瓷、导热塑胶、纳米涂层。

2、按材料结构分:整体式、鳍片式、热管/热柱、导流式散热、均热板。

3、主动式:风扇、离子风散热、半导体制冷。

4、同时应用以上两种或两种以上的的散热方式,这也是最为普遍的一种。

 

灯具散热设计考虑要素

1、明确LED灯具需要散热的功率。设计散热器时要用到的一些参数有金属的比热和导热系数、芯片的热阻、散热器的热阻、周围环境的热阻等。

2、确定散热方式。

3、确定LED灯具允许的最高工作温度。

4、计算散热器的体积和散热面积,并确定散热器的形状。

5、将散热器与LED灯组合成为完整的灯具,并进行检验其是否满足相关的标准和规定。

6、散热器与灯罩的密封要做到防水、防尘,灯罩与散热器之间要垫抗老化的橡皮垫,再加固。

 

如何判断散热的优劣? 

一款散热设计合理,制做精细的灯具,散热能力和功率有相应的对应关系。散热片的体积、重量决定了热量的储存能力,所以散热片一般都是个大坨坨。散热片的面积决定了最后的散发能力,为了加大面积,一般会做成各种柱、网、片等形状。

把LED灯具外壳设计成柱、网、片等形状,直接利用灯壳作为散热器可以满足IP防护等级,同时还可以得到很大的散热面积。另外,防尘效果更好,方便清洗。 

 

我们如何判断一个灯具散热性能做得好不好?

判断一个灯具散热性能最直接的方法是测量灯具工作时LED芯片的温度,专业术语叫做“结温”。结温控制在可接受的范围内,那就是做得好,反之就是偷工减料了。 

但是,结温不是那么容易测量的,需要一连串的专业设备和方法,才能准确测量出灯具内部核心位置LED芯片的结温。有时,即使用专业设备,也只能从外部看到表象,无法深入测量。

 

“半小时照度法”测结温

既然我们没法直接测量结温,那有没有间接的方法可以得知结温呢?庆幸的是,一般 LED 结温升高,光通量会下降。那么,我们只要测量灯具照在同一个位置的照度变化,就可以反推出结温的变化了,而灯具行业中使用最为广泛的为“半小时照度法”。

具体做法是:

1、选择一个不受外界光干扰的场所,最好是晚上,关掉其他灯。 

2、冷态开灯,立即测量一个位置的照度,记下此时读数为“冷态照度” 

3、保持灯具和照度计位置不变,灯具持续工作。 

4、半小时后,再读取此处的照度值,记下读数为“热态照度”。

5、如果两个数值相差不多(10~15%),则此灯具的散热系统基本良好。 

6、如果两个数值相差很远(大于20%),则此灯具散热系统值得怀疑。

我们列举几个常用芯片的“光通量 vs 结温”变化曲线,可以从此曲线看出,光通量下降多少流明,可以间接得知结温上升到了多少摄氏度。

 

图:OSRAM S5(3030)芯片,光通量比25℃时下降20%时,结温已超过120℃

 

图:OSRAM S8(5050)芯片,光通量比25℃时下降20%时,结温已超过120℃

 

图:OSRAM E5(5630)芯片,光通量比25℃时下降20%时,结温已超过140℃

 

图:OSLON® SSL 80 White芯片,光通量比25℃下降15%时,结温已超过120℃

 

图:Luminus Sensus Series芯片,光通量比25℃下降15%时,结温已超过105℃ 

从上面几张图可以看出,如果半小时后的热态照度比冷态下降20%,基本上结温都已超过芯片的耐受范围。基本可以判断散热系统不合格了。

这是大多数的情况,但在某些特点环境下“半小时照度法”就不太适用了。如下图

 

图:OSLON Square 1-5W芯片,结温从25℃升高到40℃时,光通量是逆天上升的!然后才开始下降,到120℃时,光通量下降约10%而已。所以,对这个芯片,用“半小时照度法”评估散热时,只能接受5~8%的变化哦!

 

判断LED灯具散热优劣小结 

手摸不烫,不一定好

手摸很烫,肯定不好

允许变化范围要看芯片的温度曲线

 
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