LED燈具的熱傳導(dǎo)計(jì)算模型

Luxeon 大功率LED在散熱性能方面大大地優(yōu)于普通的小功率LED，電通道和熱通道分離開(kāi)，它的LED芯片都連接在一個(gè)金屬的嵌片上，散熱性能得到很大的改善。

但是，大功率LED用于特種燈具，或用于惡劣環(huán)境使用的燈具，這些燈具的外殼防護(hù)等級(jí)一般都在IP65以上，如果外殼為非金屬（如塑膠）材料，盡管LED連接上了鋁基板（MCPCB），但鋁基板上的熱量如果不能被有效地傳導(dǎo)至外殼表面，則聚集的熱量會(huì)使鋁基板的溫度急劇上升，導(dǎo)致溫度過(guò)高，增加了LED失效的可能性，造成LED光衰加劇，壽命縮短。

理論上計(jì)算燈具散熱的情況，燈具的導(dǎo)熱理論有許多困難，主要的困難是傳導(dǎo)和對(duì)流同時(shí)對(duì)熱傳導(dǎo)起著作用，而對(duì)流是在密閉空腔內(nèi)的對(duì)流，邊界條件十分復(fù)雜；傳導(dǎo)也是要通過(guò)多層導(dǎo)熱物質(zhì)、多層界面，截面積通常又是不等的，導(dǎo)致熱流線分布的情況很難在計(jì)算之前就能通過(guò)分析得到。

由于燈具是在開(kāi)啟后逐漸升溫，最后達(dá)到熱穩(wěn)定狀態(tài)，也就是說(shuō)，熱穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)各點(diǎn)的溫度最高，所以燈具的散熱計(jì)算一般只考慮穩(wěn)態(tài)的情況，瞬態(tài)的溫度分布情況并不重要。對(duì)于穩(wěn)態(tài)含熱源在各

向同性的單一介質(zhì)中的導(dǎo)熱服從Poisson方程[1]：

式中 為介質(zhì)的導(dǎo)熱系數(shù)， 為熱源的發(fā)熱功率。

由于燈具的結(jié)構(gòu)是多種介質(zhì)，所以在實(shí)際計(jì)算中，必須對(duì)每一種介質(zhì)逐一求解上式，計(jì)算燈具內(nèi)的溫度場(chǎng)分布是十分困難，而且是沒(méi)有必要的。實(shí)際上，我們所關(guān)心的是某些部位的溫度是否在可以容忍的溫度范圍之內(nèi)，只要計(jì)算出這些部位在達(dá)到熱穩(wěn)定時(shí)的溫度即可。

本文對(duì)效等電路的熱阻算法進(jìn)行了探討，熱阻算法的好處是無(wú)需知道確切的環(huán)境溫度，也不必求解燈具內(nèi)的溫度場(chǎng)，直接計(jì)算燈具內(nèi)關(guān)注點(diǎn)的溫升，困難是熱流線的分布必須通過(guò)分析而不是計(jì)算得到，而這一過(guò)程往往又是很復(fù)雜的。

下面以一個(gè)實(shí)例的計(jì)算來(lái)說(shuō)明等效電路的熱阻算法。

燈具要求的基本結(jié)構(gòu)如下圖，LED處于密閉的塑膠外殼內(nèi)，右側(cè)的絕熱層較厚，比較起其他部分導(dǎo)熱，其導(dǎo)熱基本可以忽略不計(jì)，熱量主要通過(guò)支撐架、塑膠外殼、橡膠外套，然后通過(guò)外部空氣對(duì)流散到空氣中。