LED燈具的散熱設(shè)計

散熱器、熱管以及合成噴頭是LED燈具制造者常用的幾種散熱技術(shù)，用于驅(qū)散產(chǎn)品中的熱量，使它們能夠正常的工作。

FRAN?OISE VON TRAPP 《LEDs Magazine》

溫度對LED的光學性質(zhì)和電學性質(zhì)有著直接的影響，同時影響著LED產(chǎn)品的質(zhì)量和可靠性。在一個典型的LED照明燈具中，在LED芯片中產(chǎn)生熱能，經(jīng)由LED封裝結(jié)構(gòu)，穿過互聯(lián)線路到達金屬芯基材制成的PCB板，在此熱能必須以某種方式消散。從熱量管理的角度來看，設(shè)計LED燈具的最大挑戰(zhàn)就是將LED的工作溫度保持在特定值。LED芯片對溫度具有高的敏感度，隨著溫度的上升，LED壽命會縮短；并且在較高溫度時，LED總的光輻射量也會減少。

另外，LED照明燈具通常包括多個LED，產(chǎn)生功耗相當大。形狀因素經(jīng)過很好界定的標準燈具受到自身大小的限制，這樣就減少了組件的制冷力，有必要革新現(xiàn)有的冷卻方案。


LED的設(shè)計

LED燈具的高效冷卻性始于良好的設(shè)計，通常，設(shè)計人員會采用各種形狀的散熱器來散去燈體的熱量。在許多燈具中，散熱器是燈架設(shè)計的主要部分。

對一般的電子器件而言，有被動散熱器和主動式冷卻之分，且兩者結(jié)合使用。前者是靠空氣流經(jīng)一個大面積表面結(jié)構(gòu)來降溫，而主動式冷卻是使用風扇或通過一個具有液體循環(huán)系統(tǒng)的冷板來實現(xiàn)的。然而，LED系統(tǒng)設(shè)計人員基于一系列的考慮，如聽覺、可靠性、形狀因素以及美學考慮，傾向于避開傳統(tǒng)的主動式冷卻設(shè)備。來自德州奧斯汀熱量管理公司Nuventix的銷售總監(jiān)Mick Wilcox說過，“Telecom曾研究過如何調(diào)節(jié)風扇的不足”。他們也研究過，通過加入多個風扇來補償，當風扇失效時就將它們換掉。但此方案不適合LED照明，LED的壽命長，該照明系統(tǒng)需要壽命與之相當?shù)睦鋮s設(shè)備。

由于管道的滲漏會對LED燈具造成嚴重破壞，液體冷卻也不是LED燈具制造商所能采納的。幸運地，伴隨LED產(chǎn)業(yè)的成熟，呈現(xiàn)出更多的充分考慮其特殊性的解決方案。現(xiàn)在出現(xiàn)了兩種新興的技術(shù)，合成噴頭冷卻器和銅熱管，它們利用相變過程代替液體從熱源帶走熱量，可有效地提高傳統(tǒng)LED的冷卻設(shè)計。


散熱器：熱主力

Sapa熱管理公司是瑞典一家壓鑄鋁散熱器制造商，該公司市場開發(fā)經(jīng)理Lars-Erik Lindstr?m注意到，盡管LED產(chǎn)業(yè)尤其是高亮度LED相對前沿，公司無論大小與新舊，他們在開發(fā)和生產(chǎn)散熱器方面都有諸多可能。

如何生產(chǎn)出一個優(yōu)質(zhì)散熱器呢？散熱器的形狀、結(jié)構(gòu)設(shè)計和材料特性均在考慮之列。印模壓鑄鋁的優(yōu)勢包括齒形系數(shù)（form factor）和“幾乎無限”成型的可能性，但導熱性不好。Lindstr?m表示，“印模壓鑄合金的導熱系數(shù)大約為120W/mK。如果用壓鑄鋁代替，該系數(shù)可高達210W/mK。”同樣，印模壓鑄散熱器的高寬比乃至效率，也是受金屬成型后從印模中脫離的脫模角度的限制。

Sapa公司開發(fā)的壓模鋁散熱器有高的散熱系數(shù)，可適應特殊設(shè)計的LED燈具。Lindstr?m指出針對工業(yè)應用，產(chǎn)品的表面處理相對其功能性和成本效率而言，可能不是最高優(yōu)先級別的。“然而對于住宅使用和建筑方案，我們可能在設(shè)計中加入表面處理，平衡各項比例。來自安大略湖的散熱器制造商Cool Innovation公司發(fā)布了一款產(chǎn)品，成排的散熱器狀似向外發(fā)散的別針（圖1）。

圖1. 向外發(fā)散的別針翼型散熱器。