LED灯具的散热设计

散热器、热管以及合成喷头是LED灯具制造者常用的几种散热技术，用于驱散产品中的热量，使它们能够正常的工作。

FRANÇOISE VON TRAPP   《LEDs Magazine》

温度对LED的光学性质和电学性质有着直接的影响，同时影响着LED产品的质量和可靠性。在一个典型的LED照明灯具中，在LED芯片中产生热能，经由LED封装结构，穿过互联线路到达金属芯基材制成的PCB板，在此热能必须以某种方式消散。从热量管理的角度来看，设计LED灯具的较大挑战就是将LED的工作温度保持在特定值。LED芯片对温度具有高的敏感度，随着温度的上升，LED寿命会缩短；并且在较高温度时，LED总的光辐射量也会减少。

另外，LED照明灯具通常包括多个LED，产生功耗相当大。形状因素经过很好界定的标准灯具受到自身大小的限制，这样就减少了组件的制冷力，有必要革新现有的冷却方案。


LED的设计

LED灯具的高效冷却性始于良好的设计，通常，设计人员会采用各种形状的散热器来散去灯体的热量。在许多灯具中，散热器是灯架设计的主要部分。

对一般的电子器件而言，有被动散热器和主动式冷却之分，且两者结合使用。前者是靠空气流经一个大面积表面结构来降温，而主动式冷却是使用风扇或通过一个具有液体循环系统的冷板来实现的。然而，LED系统设计人员基于一系列的考虑，如听觉、可靠性、形状因素以及美学考虑，倾向于避开传统的主动式冷却设备。来自德州奥斯汀热量管理公司Nuventix的销售总监Mick Wilcox说过，“Telecom曾研究过如何调节风扇的不足”。他们也研究过，通过加入多个风扇来补偿，当风扇失效时就将它们换掉。但此方案不适合LED照明，LED的寿命长，该照明系统需要寿命与之相当的冷却设备。

由于管道的渗漏会对LED灯具造成严重破坏，液体冷却也不是LED灯具制造商所能采纳的。幸运地，伴随LED产业的成熟，呈现出更多的充分考虑其特殊性的解决方案。现在出现了两种新兴的技术，合成喷头冷却器和铜热管，它们利用相变过程代替液体从热源带走热量，可有效地提高传统LED的冷却设计。


散热器：热主力

Sapa热管理公司是瑞典一家压铸铝散热器制造商，该公司市场开发经理Lars-Erik Lindström注意到，尽管LED产业尤其是高亮度LED相对前沿，公司无论大小与新旧，他们在开发和生产散热器方面都有诸多可能。

如何生产出一个优质散热器呢？散热器的形状、结构设计和材料特性均在考虑之列。印模压铸铝的优势包括齿形系数（form factor）和“几乎无限”成型的可能性，但导热性不好。Lindström表示，“印模压铸合金的导热系数大约为120W/mK。如果用压铸铝代替，该系数可高达210W/mK。”同样，印模压铸散热器的高宽比乃至效率，也是受金属成型后从印模中脱离的脱模角度的限制。

Sapa公司开发的压模铝散热器有高的散热系数，可适应特殊设计的LED灯具。Lindström指出针对工业应用，产品的表面处理相对其功能性和成本效率而言，可能不是较高优先级别的。“然而对于住宅使用和建筑方案，我们可能在设计中加入表面处理，平衡各项比例。来自安大略湖的散热器制造商Cool Innovation公司发布了一款产品，成排的散热器状似向外发散的别针（图1）。

图1. 向外发散的别针翼型散热器。图片来源：Cool Innovations

更多内容，请参阅《LEDs科技》2009年10月刊：“LED灯具的散热设计”

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