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                      LED燈具的熱分析與散熱設計 時間:2017-01-07 18:20:32 點擊:2700

                      中國照明電器LED燈具的熱分析與散熱設計對燈具結構進行熱分析是設計燈具時必須完成的一項工作。依照LED燈具熱分析公式,只有依靠減少散熱部件熱阻的方法達到散熱效果。熱阻為阻止熱量傳遞的能力的綜合參量,數值越低表示芯片中的熱量傳導到支架或鋁基板上越快。應通過減小熱阻以加強傳熱,這有利于降低LED的溫度,從而延長LED燈具的壽命。

                        考慮到燈燈具使用環環境溫度25,外LED的主要失效形式之一是熱失效。隨著溫度的升高,不但LED的失效率大大增加而且LED光衰加劇、壽命縮短,因此熱設計是LED燈具結構設計中不可忽略的一個環節。大功率LED燈具的外殼防護等級一般都在IP65以上,熱量不能通過空氣對流的方式發散到燈具外部。所以利用良好的導熱途徑將LED的熱量傳到燈具外殼;選擇合適的導熱材料等燈具散熱方面的設計直接決定了產品的性能。

                        1.LED燈具的熱阻計算方法對燈具結構進行熱分析是設計燈具時必須完成的一項工作。由于燈具是在開啟后逐漸升溫最后達到熱穩定狀態,cM是說熱穩定狀態時各點的高,所以散熱計算一般只考慮穩態的情況,瞬態的熱分布情況并不重要。因此應在燈具處于熱穩定狀態時計算燈具散熱的情況。

                        *LED理論結點溫度,單位:*C;Ta*使用環境溫度,單位:%Rthb-a*燈具散熱部件總熱阻,單位:tW;PtotalLED總功率,單位:W;Pu*單顆LED功率,單位:W;-單顆LED的熱阻,單位:°CW;中國照明電器部條件限制一般是不可控的,另外為滿足照明效果用,因此LED燈具的熱分析主要考慮熱量在燈具內LED燈具總功率Ptrtal、單顆LED功率在設計前應部以熱傳導方式傳遞時的散熱效果。

                        已經確定不可更改,最后單顆LED的熱阻目前一般熱阻是指熱量傳遞通道上兩個參點之間的溫度為8°CW.依照LED燈具熱分析公式,只有依靠減小差與兩點間熱量傳輸速率的比值,單位為°CW.熱燈具散熱部件熱阻的方法達到散熱效果。

                        下面以一個有16LEDW、CREE品牌XR-E系列)的燈具為實例進行計算。

                        由以上計算可以得出:散熱部件熱阻Rthb-a< 5.182CW時燈具才可以在45C的外部環境中使用。

                        2.LED燈具結構的熱分析熱的傳遞方式有熱傳導、熱輻射、熱對流。對大功率LED照明燈具而言熱傳導方式起最主要的作阻為阻止熱量傳遞的能力的綜合參量,應通過減小熱阻以加強傳熱。當熱量在物體內部以熱傳導的方式傳遞時,遇到的熱阻稱為導熱熱阻;熱量流過兩個相接觸的固體的交界面時,界面本身對熱流呈現出明顯的熱阻稱為接觸熱阻。因此我們考慮的熱阻包括導熱熱阻和接觸熱阻。產生接觸熱阻的主要原因是,任何外表上看來接觸良好的兩物體直接接觸的實際面積只是交界面的一部分,其余部分都是縫隙。熱量依靠縫隙內氣體的熱傳導和熱輻射進行傳遞,而氣體的傳熱能力遠不及一般的固體材料。接觸熱阻使熱流流過交界面時,沿熱流方向溫度發生突然下降,這是燈具設計中需要盡量避免的現象。

                        下面以一個實例來說明LED燈具的熱阻計算方法。燈具的基本結構如所示,LED處于密閉的鋁合金外殼內,熱量主要通過支撐板、鋁合金外殼,然后通過外部空氣對流散到空氣中,其他部分的導熱如鋁基板與外殼之間的對流導熱、燈具透明玻璃的導熱等,由于散熱作用不明顯,暫時可以忽略不計。因此,燈具散熱總熱阻R總表示為:R2―LED支撐板的導熱熱阻;R3―LED支撐板與燈具金屬外殼之間的接R4*燈具金屬外殼的導熱熱阻;R5*燈具金屬外殼與外部環境對流換熱的熱阻。

                        支撐板和金屬外殼兩種零部件的導熱熱阻Rth=1觸熱阻:ChhaAcadcJoalElectronicPublishingtalk其中在為熱傳導距離/為垂直于1熱流方向的截面積,k為材料的熱導率。

                        3.1減小燈具總熱阻與改善散熱效果的方法3.1減小LED支撐板與金屬外殼的徑向長度L增加LED支撐板與金屬外殼熱流方向的截面積,選用熱導率好的材料可以降低支撐板與金屬外殼兩種零部件的導熱熱阻。

                        3.2增加LED支撐板與鋁基板之間、LED支撐板與燈具金屬外殼之間接觸面的壓力,使物體交界面上的突出部分變形從而減小縫隙、增大接觸面;在兩物體交界面處涂上有較高導熱能力的膠狀物體一導熱脂等方法可以降低接觸熱阻。

                        3.3按照配光要求設計燈具外殼曲線,將鋁基板直接固定在燈具外殼內側可以省去LED支撐板造成的熱阻。

                        3.4燈體散熱筋的排列與布置應考慮間距、方向、表面處理等因素以提高散熱效果。所以,一般建議將這款燈具的安裝方向與道路方向平行,以便于散熱片間空氣的流動,而不是將燈具的散熱片垂直于道路方向。

                        3.5燈具金屬外殼如涂有散熱涂層,將有利于外殼將熱量以熱輻射的方式傳導到外界。

                        3.6重視傳熱的均衡性,盡量保證燈體散熱部分的溫度分布均勻,充分發揮全部散熱部件的作用。

                        4.結束語LED燈具散熱設計的重點在于:最短的熱路徑;必須以最快速的方法將熱量導出然后散出。通過燈具散熱的分析和計算,可以指導設計散熱方式和散熱器的選擇保證了LED燈具工作在安全的溫度范圍內,減少了質量問題,提高了可靠性。

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