LED燈具的散熱設計

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(xué)性質(zhì)和電學(xué)性質(zhì)有著(zhù)直接的影響，同時(shí)影響著(zhù)LED產(chǎn)品的質(zhì)量和可靠性。在一個(gè)典型的LED照明燈具中，在LED芯片中產(chǎn)生熱能，經(jīng)由LED封裝結構，穿過(guò)互聯(lián)線(xiàn)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(lái)看，設計LED燈具的最大挑戰就是將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(zhù)溫度的上升，LED壽命會(huì )縮短；并且在較高溫度時(shí)，LED總的光輻射量也會(huì )減少。

另外，LED照明燈具通常包括多個(gè)LED，產(chǎn)生功耗相當大。形狀因素經(jīng)過(guò)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，有必要革新現有的冷卻方案。


LED的設計

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

對一般的電子器件而言，有被動(dòng)散熱器和主動(dòng)式冷卻之分，且兩者結合使用。前者是靠空氣流經(jīng)一個(gè)大面積表面結構來(lái)降溫，而主動(dòng)式冷卻是使用風(fēng)扇或通過(guò)一個(gè)具有液體循環(huán)系統的冷板來(lái)實(shí)現的。然而，LED系統設計人員基于一系列的考慮，如聽(tīng)覺(jué)、可靠性、形狀因素以及美學(xué)考慮，傾向于避開(kāi)傳統的主動(dòng)式冷卻設備。來(lái)自德州奧斯汀熱量管理公司Nuventix的銷(xiāo)售總監Mick Wilcox說(shuō)過(guò)，“Telecom曾研究過(guò)如何調節風(fēng)扇的不足”。他們也研究過(guò)，通過(guò)加入多個(gè)風(fēng)扇來(lái)補償，當風(fēng)扇失效時(shí)就將它們換掉。但此方案不適合LED照明，LED的壽命長(cháng)，該照明系統需要壽命與之相當的冷卻設備。

由于管道的滲漏會(huì )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，呈現出更多的充分考慮其特殊性的解決方案?，F在出現了兩種新興的技術(shù)，合成噴頭冷卻器和銅熱管，它們利用相變過(guò)程代替液體從熱源帶走熱量，可有效地提高傳統LED的冷卻設計。


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(chǎng)開(kāi)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(wú)論大小與新舊，他們在開(kāi)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(gè)優(yōu)質(zhì)散熱器呢？散熱器的形狀、結構設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（form factor）和“幾乎無(wú)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大約為120W/mK。如果用壓鑄鋁代替，該系數可高達210W/mK?！蓖瑯?，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(kāi)發(fā)的壓模鋁散熱器有高的散熱系數，可適應特殊設計的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?！叭欢鴮τ谧≌褂煤徒ㄖ桨?，我們可能在設計中加入表面處理，平衡各項比例。來(lái)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。