一種基于LED照明燈具的散熱片設計與分析

　　散熱片表面做耐酸鋁或陽(yáng)極處理可以增加熱輻射性能，從而增加散熱片的散熱效能。一般而言，外部顏色是白色或黑色關(guān)系不大。表面突起的處理可增加散熱面積，但是在自然對流的場(chǎng)合，反而可能阻礙空氣流動(dòng)而降低效率。

　　上述設計方式僅供參考，實(shí)際散熱片設計時(shí)還需考慮與器件以及環(huán)境的配合，尤其是高效能散熱片的設計需配合實(shí)驗驗證以及計算機分析模擬。目前散熱片的設計已漸漸趨向極限，空氣冷卻的方式無(wú)法滿(mǎn)足大功率LED 的散熱需求，散熱片設計應結合LED 的功率數這個(gè)特點(diǎn)，使得散熱的設計更為彈性及多樣化。不論如何，散熱片仍然是LED 燈具最常見(jiàn)的散熱方式，善用散熱片設計可改善LED 發(fā)熱狀況。

　　5 LED在散熱片表面分布的散熱分析

　　為分析LED 芯片在散熱片上熱分布情況，我們通過(guò)在一塊散熱片上放置LED 的相對位置不同，來(lái)分析對散熱的影響。實(shí)驗材料為一塊大小為200mm× 60mm× 15mm的散熱片，兩塊導熱墊片導熱系數是6.0W/m·K，面積是20mm×30mm。配有兩塊焊有LED芯片的單個(gè)鋁基PCB板（大小是15cm× 20cm，每塊PCB板焊有一顆LED芯片）。測試儀器為FLUKE溫度傳感器，實(shí)驗時(shí)環(huán)境溫度為26℃，環(huán)境相對濕度為52 %。

　　實(shí)驗過(guò)程如下：在散熱片上每隔20mm 取放置LED 芯片的位置，每塊焊有LED 芯片的PCB板與散熱片之間加導熱墊片。所加電源電壓6.3V，電流0.7A，功率4.41W，進(jìn)行散熱測試。表1 是所采集的數據。d 表示兩個(gè)LED 芯片之間的距離（單位是mm），t 表示LED 芯片的溫度（單位是℃，每個(gè)t 值的測試時(shí)間為4h，也就是在溫度穩定后的數據）。

　　從表1 中可以看出，隨著(zhù)兩顆LED 芯片之間距離的增加，LED 芯片的溫度逐漸降低，這種變化是比較明顯的，以溫度為縱坐標，以?xún)深wLED 芯片之間的距離為橫坐標，得出二者的散點(diǎn)分布圖，如圖2 所示。

　　從圖2 可以看出，二者近似形成一條曲線(xiàn)，應用數理統計的方法可以擬合這條曲線(xiàn)。最終得到的數學(xué)模型是：

　　可以看出，合理選取散熱片的面積和正確擺放LED 芯片可以使散熱效果更好。如果功率和散熱片的形狀改變，那么會(huì )有以下關(guān)系式，即：

　　在（4）式中，功率不同a、b 的系數不同（也有可能是a 不同、b 相同）。實(shí)際中可以根據功率大小和散熱片大小計算出a、b 的值。

　　在給定面積的散熱片上LED芯片與LED芯片的位置盡量遠一些，也就是說(shuō)在設計PCB 板時(shí)，LED芯片的位置應盡量分散，不要集中在一起。如果在燈具大小允許的情況下，PCB 板的面積也應盡量大一些，因為一般散熱片的面積和PCB 板的面積大小差不多，這樣有助于散熱。但也不能過(guò)大，因為從上面分析中可以看出，面積大到一定程度時(shí)散熱效果就基本不變了。

　　6 結論

　　LED燈具需要使用散熱片來(lái)控制LED 芯片的溫度，尤其是結溫T，使其低于LED 芯片正常工作的安全結溫，從而提高LED 芯片的可靠性。常規散熱器趨向標準化、系列化、通用化，而新產(chǎn)品則向低熱阻、多功能、體積小、質(zhì)量輕、適用于自動(dòng)化生產(chǎn)與安裝等方向發(fā)展。通過(guò)LED 芯片發(fā)熱原理的分析和散熱計算，可以指導設計散熱方式和散熱器的選擇，保證了LED 工作在安全的溫度范圍內，減少了質(zhì)量問(wèn)題。合理選用、設計散熱器，能有效降低LED 的結溫，提高LED 的可靠性。如果LED的散熱問(wèn)題得以解決，LED照明燈的優(yōu)勢就能顯示出來(lái)，也就會(huì )很快取代傳統光源。