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    LED燈具散熱水平提高建議解析  2015-06-08
    LED照明燈具的可靠性(壽命)很大程度上取決于散熱水平,所以提高散熱水平是關鍵技術之一。主要是解決芯片產生多余熱量通過熱沉、散熱體傳出去,這是個很復雜的技術問題。

      LED燈具的功率,哪些LED需要考慮散熱問題,功率LED需要散熱。功率LED是指工作電流在100mA以上的發光二極管。是我國行標參照美國ASSIST聯盟定義的,按現有二種LED的正向電壓典型值2.1V及3.3V,即輸入功率在210mw及330mw以上的LED均為功率LED,都需要考慮器件熱散問題,有些人可能有不同看法,但實踐證明,要提高功率LED的可靠性(壽命),就要考慮功率LED的散熱問題。

      散熱有關參數與LED散熱有關的主要參數有熱阻、結溫和溫升等。

      熱阻是指器件的有效溫度與外部規定參考點溫度之差除以器件中的穩態功率耗散所得的商。它是表示器件散熱程度的最重要參數。目前散熱較好的功率LED熱阻≤10℃/W,國內報道最好的熱阻≤5℃/W,國外可達熱阻≤3℃/W,如做到這個水平可確保功率LED的壽命。

      結溫是指LED器件中主要發熱部分的半導體結的溫度。它是體現LED器件在工作條件下,能否承受的溫度值。為此美國SSL計劃制定提高耐熱性目標。芯片及熒光粉的耐熱性還是很高的,目前已經達到芯片結溫在150℃下,熒光粉在130℃下,基本對器件的壽命不會有什么影響。說明芯片熒光粉耐熱性愈高,對散熱的要求就愈低 。

      溫升有幾種不同的溫升,我們這里所討論的是:管殼-環境溫升。它是指LED器件管殼(LED燈具可測到的最熱點)溫度與環境(在燈具發光平面上,距燈具0.5米處)溫度之差。它是一個可以直接測量到的溫度值,并可直接體現LED器件外圍散熱程度,實踐已證明,在環境溫度為30℃時,如果測得LED管殼為60℃,其溫升應為30℃,此時基本上可確保LED器件的壽命值,如溫升過高,LED光源的維持率將會大幅度下降。

      LED燈具的散熱新問題:

      隨著LED照明產品的發展,有二種新的技術:其一,為了增大單管的光通量,注入更大的電流密度,如下面所提,以致芯片產生更多的熱量,需要散熱。其二,封裝新結構,隨著LED光源功率的增大,需要多個功率LED芯片集合封裝在一起,如COB結構、模塊化燈具等,會產生更多的熱量,需要更有效的散熱結構及措施,這又給散熱提出新課題,否則會極大地影響LED燈具的性能及壽命。

      而目前LED燈具的散熱總效能只有50%,還有很多電能要變成熱。其次,LED大電流密度和模塊化燈具等都會產生更多集中的余熱,需要很好散熱。

      為提高散熱水平我們提供以下幾點建議:

      1),從LED芯片來說,要采取新結構、新工藝,提高LED芯片結溫的耐熱性,以及其他材料的耐熱性,使得對散熱條件要求降低。

      2),降低LED器件的熱阻,采用封裝新結構、新工藝,選用導熱性、耐熱性較好的新材料,包含金屬之間粘合材料、熒光粉的混合膠等,使得熱阻≤10℃/W或更低。

      3),降低升溫,盡量采用導熱性好的散熱材料,在設計上要求有較好的通風孔道,使余熱盡快散出去,要求升溫應小于30℃。另外,提高模塊化燈具的散熱水平應提到日程上來。

      4),散熱的辦法很多,如采用熱導管,當然很好,但要考慮成本因素,在設計時應考慮性價比問題。

      此外,LED燈具的設計除了要提高燈具效率、配光要求、外形美觀之外,要提高散熱水平,采用導熱好的材料,有報道稱,散熱體涂上某些納米材料,其導熱性能增加30%。另外,要有較好的機械性能和密封性,散熱體還要防塵,要求LED燈具的溫升應小30℃。

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