大功率LED灯散热结构设计分析

阮文沁

摘 要：自从我国进入21世纪以来，我国的科技发展速度就越来越快，人们的生活理念和生活方式也发生了很大的变化，尤其是可持续发展理念的提出，使得我国的节能产业发展越来越迅速，我国很多其它产业在发展的过程中，也重视了节能减排工作。当前我国的灯具市场上，大功率LED灯的应用越来越普遍，其与传统的灯具相比，节能效果和应用效果优势都更加明显，在我国的应用前景十分广阔。但是大功率LED灯，在使用的过程中，其内部芯片很容易受到高温发生损坏，影响其正常的使用，所以当前大功率LED灯在使用的过程中，散热问题也就备受关注。本文就针对大功率LED灯的散热结构设计进行分析。

关键词：大功率LED灯;散热结构;设计

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.01.008

大功率LED灯由于其自身的使用寿命长、节能效果明显、安全系数更高等优势，在我国的灯具市场上，占据着十分重要的地位，在我国有着十分广阔的发展前景，在我国很多领域中的应用也比较普遍，无论是应用于交通、建筑还是家用照明，其优势都十分明显。但是这种大功率LED灯在使用的过程中，很容易发热，使内部芯片烧毁，导致质量问题。因此当前，散热问题是制约大功率LED灯普及应用的重要问题，必须要对其进行研究并加以解决。

1 大功率LED灯散热因素

大功率LED灯在散热的过程中，散热器的使用会影响到散热效果，而散热器的质量又与散热器的热阻有直接的关系，所以总体来说，散热器热阻越小，散热器的散热效果越强。而散热器的热阻主要包括以下方面：

（1）散热器本身导热热阻。散热器自身就存在着导热的热阻，根据能量守恒定律，可以发现热平衡之后，LED灯产生的热量与散热器自身导出的热量是相等的，所以在功率一定的条件下，散热器的热阻也是不变的，而且LED灯在使用的过程中，还会将一部分的功率转化为热能，这就使得散热器的导热热阻也相应增加。

（2）散热器表面到环境的散热热阻。散热器表面到环境的热阻，指的是散热器散热过程中产生的热阻，散热器表面向环境进行散热时，主要通过对流和辐射的方式，在这个过程中，必然会产生一定的热量。根据能量守恒定律发现，散热器的散热热阻与自身的散热面积、散热器表面的辐射系数和与周围空气的对流系数都有直接关系。

（3）散热器到环境的总热阻。散热器的总热阻，包括了散热器本身的热阻和散热器表面到环境的热阻，通过简单的分析，能够发现，散热器的总热阻于散热器的散热面积、尺寸、表面材料的辐射系数和周围的空气对流系数等有直接的关系，而减少散热器的散热总热阻，将能够优化散热器的散热性能，所以在散热结构设计工作中可以通过降低散热器到空气的热阻的途径，提高散热性能。

2 大功率LED灯的散热结构设计

（1）热管加鳍片设计。如果在大功率LED灯的使用过程中，对其进行热成像分析，就能够发现光源基板的温度与散热器界面的温度是存在温差的，在使用的过程中，大部分的热量，由于散热不及时，会被集中于光源处，使得光源的质量受到影响，使用寿命逐渐降低。但是如果在灯具内的热管上加设鳍片，就能够促进光源处热量的尽快散播，效果比较明显，但是这种设计需要注意灯具的外形和尺寸，对灯具的结构等有比较高的要求。

（2）均温板加鰭片散热。对大功率LED灯进行热成像能够发现，光源表面温度与散热器周边的温度温差比较大，大部分的热量都无法及时散出，只能在光源处进行集中，而且其散热的均匀性也不佳，影响最终的散热效果，所以可以在一起均温板上加上散热鳍片，能够促进其热量的迅速散播。但是这种设计会增加灯具的重量，所以在设计的同时，还需要对灯具的安装和使用安全性进行重视，防止在使用的过程中存在安全隐患。

（3）LED路灯散热器一体化设计。LED路灯和散热器一体化设计，指的是将路灯与散热器设计为一个整体，使得LED路灯在使用的过程中，能够同步进行迅速散热。但是在进行该设计时，需要先制作散热模型，并观察光源中心与周边的温差，在经过实验证明其散热效果之后才能够进行应用。这种设计方法在应用的过程中，其散热器件的散热效果比较好，无需其他的设备辅助进行散热，整个设计比较方便快捷，而且在使用的过程中也杜绝了其他安全隐患的发生，所以在当前的大功率LED灯散热结构设计工作中应用比较普遍。

3 其他散热设计

（1）自然冷却散热器设计。在当前大功率灯的散热工作中，散热器的使用是比较常见的，其中自然冷却散热器的设计是其中比较简单的设计，使用效果也比较好。自然冷却散热器在设计的过程中，需要考虑到自然冷却时边界层温度较厚的情况，对齿表面的对流进行分析，控制好散热器的齿间距，在增强辐射换热的同时，增加散热器的表面辐射系数。

（2）PCB板加散热片。在LED灯的芯片电路中，PCB板的背面就附着散热片，该设计能够在实际温度高于计算温度时，利用空心柱的结构，促进散热鳍片的散热，提高灯具内部的通风性，从而提高散热性能。这种设计通常与大功率LED灯的散热热阻和总体散热热组进行综合设计，达到良好的散热效果。

4 结束语

自从我国改革开放以来，我国经济社会发展速度就越来越快，但是同时，能源资源和环境问题也越来越突出，制约着我国经济社会的可持续发展，在这种情况下，节能减排工作就势在必行，我国很多产业在发展的过程中，也开始重视节能减排。在我国的灯具市场上，大功率LED灯具有比较明显的高效节能效果，应用效果也极强，是我国灯具的主要发展方向。但是这种灯在使用的过程中，却由于散热不便很容易引发质量问题，所以必须要对其散热结构进行优化设计，提高灯具的使用寿命。

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