灯具外壳然后通过灯具外壳传导给各个散热片最后靠散热片与空气间的对流将热量散出。这种方式结构简单,但散热效率比较低。
2主动散热
主动式散热主要是通过水冷、风扇等手段增加散热器表面的空气流动速度快速带走散热片上的热量,从而提高散热效率。这种方法散热效率比较高,但是需要额外的功耗会降低系统效率并且设计难度很大。
三、大功率LED路灯的散热设计
LED为电致发光器件,其工作过程中只有15%~25%的电能转换成光能,其余的电能几乎都转换成热能,使得LED的温度升高。一般功率器件(如电源IC)的散热计算中,只要结温小于最大允许结温(一般是125℃)就可以了。但在大功率LED散热设计中,其结温TJ要求比125℃低得多。其原因是TJ对LED的出光率及寿命有较大影响:TJ越高会使LED的出光率越低,寿命越短。
图1为某品牌LED结与相对光通量的关系曲线。
图1LED结温与相对光通量的关系
1.大功率LED的散热路径
热是从高温度处向低温度处散热,大功率LED主要的散热路径是:管芯→散热垫→铝基板→散热片→环境空气。若LED的结温为Tj,散热片的温度为TQ,散热垫底部的温度为Tc,则TJ>Tc>TQ。
假设路灯整灯功率为100W,光源功率为80W,则约12W电能转化为了光能,其余68W转化为热能了。散热设计的目标就是要将64W的热能及时导出并散发掉,使得结温TJ控制在75℃以下,从而保证灯芯在使用寿命39000小时。
2.散热措施
目前,行业内主要有热管散热和散热器散热两种措施,我们利用散热片,通过空气对流,自然散热。
f3.散热设计设计原则:使芯片、器件、灯具结构具有低热阻,同时采用高效的散热器能使芯片上产生的热量通畅地传到散热器上,并有效地散发到空气中去。具体设计原则有:(1)结构层越少越好;(2)层的厚度越薄越好;(3)层的面积越大越好;(4)面积一定时,长方形和环形较好;(5)材料的热导系数越大越好。相关材料的导热系数见图2。图2相关材料的导热系数
考虑到加工工艺成熟度和原材料的成本,我们选择铝压铸散热器。设计目标:LED灯具正常工作状态下,灯芯结温低于75℃。根据外形尺寸和压铸铝合金的工艺要求,初步确定肋片宽度b为350mm,厚度δ为5mm,高度h为50mm。则一个肋片的散热量为:Ф0=λACmt0-tfta
h(mh)λ散热器材料的导热系数,Wm8226Kα散热器换热表面传导系数,Wm28226K)AC=bδm2m=t0r