道路照明中大功率LED路燈散熱方案

　　2.2.2　二次散熱的影響因素

　　通過分析LED二次散熱的方案和機(jī)理，可以看出影響LED散熱的主要因素有：

　?。?）散熱基板作用是與LED的內(nèi)部熱沉相連接，將熱量導(dǎo)出和散發(fā)掉，常見的有：

　　金屬PCB線路板——為了解決單元LED之間的電路聯(lián)結(jié)與散熱通道相互獨(dú)立的問題而采用的技術(shù)手段。存在的問題是膨脹系數(shù)大、比重大、重量重等。

　　常見的有將陶瓷與金屬結(jié)合形成的金屬低溫?zé)Y(jié)陶瓷基板等。

　　金屬基復(fù)合材料板——金屬基復(fù)合材料板為金屬PCB線路板的改進(jìn)型。將金屬材料的高導(dǎo)熱性與增強(qiáng)材料的低膨脹性相結(jié)合，具有膨脹系數(shù)可調(diào)、比重小、導(dǎo)熱率高的特點(diǎn)。

　?。?）均溫板

　　將LED單元之間高熱點(diǎn)的熱量進(jìn)行導(dǎo)出和擴(kuò)散，使其在散熱面上獲得均勻的溫度分布，提高散熱效果，有利于散熱器的總體散熱。

　?。?）粘結(jié)層常用于LED芯片與熱沉的粘結(jié)材料有3種：

　　導(dǎo)熱膠——硬化溫度低于150℃，熱導(dǎo)率小，導(dǎo)熱效果差。

　　導(dǎo)電銀漿——硬化溫度低于200℃，具有良好的導(dǎo)熱性和較好的粘接強(qiáng)度。

　　錫漿——與上述兩種粘接劑相比，錫漿應(yīng)該優(yōu)先選用，因?yàn)槠鋵?dǎo)熱性為最優(yōu)，導(dǎo)電性能也很優(yōu)越。

　?。?）散熱裝置散熱裝置的設(shè)計(jì)方案及形式較多，歸納起來主要分為兩大類：

　　被動(dòng)式散熱——特點(diǎn)是散熱時(shí)不需要消耗額外的能源（電能），但總體的散熱能力有限，適用于中、小功率的LED路燈散熱。

　　主動(dòng)式散熱——特點(diǎn)是散熱時(shí)需要消耗額外的電能，但散熱的效果好，適用于較大功率LED路燈的散熱。

　?。?）改進(jìn)的散熱設(shè)計(jì)為了盡量減小LED的總體熱阻，即減少熱阻的數(shù)量，文獻(xiàn)中提出了一些改進(jìn)方式，歸納起來主要有以下兩種：

　　薄膜集成封裝——取消金屬PCB板，在金屬散熱器上直接生成絕緣膜和電極膜，由此所得到的散熱效果遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于常規(guī)的金屬PCB板，能夠進(jìn)一步減小LED的總體熱阻。

　　散熱器上芯片直接封裝—取消常規(guī)的LED內(nèi)部熱沉，而將芯片直接封裝在預(yù)先設(shè)計(jì)好的具有特殊結(jié)構(gòu)的金屬散熱面上，再進(jìn)行整體封裝。這樣一來也能夠進(jìn)一步減少熱阻。

　　2.2.3　LED被動(dòng)式散熱方案

　　LED的被動(dòng)散熱主要適用于中、小功率的LED來散熱。由于不需要額外消耗電能，故應(yīng)用時(shí)總體的效率不受影響。

　?。?）自然散熱

自然散熱工作原理是在基板的外側(cè)加上散熱器，通過熱傳導(dǎo)將芯片高熱量導(dǎo)出，然后再通過熱對(duì)流與空氣進(jìn)行交換，將散熱器上熱量散發(fā)掉。

　　熱傳導(dǎo)的基本公式：

　　式中，Q為熱量，也就是熱傳導(dǎo)的熱量；K為材料的熱傳導(dǎo)系數(shù)，熱傳導(dǎo)系數(shù)越高，其比熱的數(shù)值也就越低；A為傳熱的面積（或是兩物體的接觸面積）；ΔT為兩端的溫度差；ΔL為兩端的距離。因此，從公式就可以發(fā)現(xiàn)，熱量傳遞的大小同熱傳導(dǎo)系數(shù)、熱傳熱面積、兩端的溫度差成正比，同距離成反比。也就是散熱器的材料要具有高的導(dǎo)熱率，且自身的溫升要低，比熱要大，一般采用具有高導(dǎo)熱性且熱容量大的材料（銅、鋁）制成（參見表1）。

　　熱對(duì)流的基本公式：

　　式中，Q為熱量，也就是熱對(duì)流所帶走的熱量；H為熱對(duì)流系數(shù)值；A為熱對(duì)流的有效接觸面積；ΔT為固體表面與區(qū)域流體之間的溫度差。因此熱對(duì)流傳遞中，熱量傳遞的大小同熱對(duì)流系數(shù)、有效接觸面積和溫度差成正比關(guān)系。為了增加散熱效果，即增加其表面與空氣的接觸面積，散熱器的外表面可被制成鰭片狀。鰭片的形狀也有多種多樣，并且鰭片的數(shù)量、位置、尺寸大小、傾斜角度及厚薄等都需要進(jìn)行認(rèn)真研究，除了常見的直線形外，還有波浪形、螺旋形、圓柱形和錐臺(tái)形等，不一而足，目的是為了便于空氣對(duì)流、雨水沖刷，以獲得最佳的散熱效果。在使用的材料上，銅的導(dǎo)熱性能比起鋁要快得多，但銅的散熱沒有鋁快，由此便形成了一種新型的銅鋁復(fù)合型散熱器—將銅鋁各自的優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來，銅可以快速地把LED芯片的高熱量傳給鋁，再由大面積的鋁鰭片把熱量散去，從而達(dá)到更加良好的散熱效果。