LED照明散热设计
五邑大学 LED照明散热与分析
代 福 ioe_daif@
结温 结温对LED性能的影响 LED热阻及计算
什么是LED
LED的全称Light Emitting Diode, 即发光二极管，是一种半导体固 体发光器件，它是利用固体半导
体芯片作为发光材料，当两端加
上正向电压，半导体中的载流子 发生复合引起光子发射而产生光。 LED可以直接发出红、黄、蓝、 绿、青、橙、紫、白色的光。
如果在硅或锗等半导体材料中加入微量的磷、锑、砷等五价元素，就变成以电子导电为主的半导体，即N 型半导体。在N型半导体中，电子(带负电)叫多数载流子;空穴(带正电)叫少数载流子 。
P型半导体 （掺杂3价元素）
如果在硅或锗等半导体材料中加入微量的硼、铟、镓或铝等三价元素，就变成以空穴导电为主的半导体， 即P型半导体。在P型半导体中，空穴(带正电)叫多数载流子;电子(带负电)叫少数载流子。
LED发光原理
其发光过程包括三部分：正向偏压下 的载流子注入、复合辐射和光能传输。 微小的半导体晶片被封装在洁净的环 氧树脂物中，当电子经过该晶片时， 本征半导体 带负电的电子移动到带正电的空穴区 域并与之复合，电子和空穴消失的同 时产生光子。电子和空穴之间的能量 （带隙）越大，产生的光子的能量就 越高。光子的能量反过来与光的颜色 对应，可见光的频谱范围内，蓝色光、 紫色光携带的能量最多，桔色光、红 色光携带的能量最少。由于不同的材 N型半导体 料具有不同的带隙，从而能够发出不 同颜色的光。 （掺杂5价元素）
类似于电学中的电阻特性，热阻也存在相同的 运算法则，当n个LED安装在同一块基板上时， Tj、TC、TB分别表示某个 LED的PN结结温、 外壳的温度、基板的温度。 Rth-A、 Rth-B、 Rth-C分别代表PN结与外壳、外 壳与基板、基板与环境之间的热阻，那么该 LED阵列的总热阻可表示为： Rth=Rth-A+ Rth-B+ Rth-C （阵列中所有LED具有完全相同的参数）
各式照明灯光的防火技术
各式照明灯光的防火技术灯光是我们生活中不可或缺的一部分，但同时也会伴随着一定的风险，特别是火灾的风险。
为了保障人们的生命财产安全，各式照明灯光需要采取防火技术措施。
下面将介绍几种常见的照明灯光的防火技术。
一、LED照明灯光的防火技术1. 电路设计与防火材料选择：在LED灯光的电路设计中，应避免过大的电流和电压，以减少电路发热和火灾风险。
另外，在防火材料的选择上，应选用耐高温、阻燃等材料，以增加灯具的防火性能。
2. 散热系统设计：LED照明灯光的散热系统设计至关重要。
合理的散热设计可以降低灯具的温度，减少火灾的风险。
常见的散热系统包括散热片、散热器、风扇等。
3. 电源保护：LED灯具的电源是一个潜在的火灾风险源。
因此，应选择合格的电源供应器，避免因电源故障引发火灾。
同时，可以加装电路保险丝、过压保护器等设备，以提高灯具的安全性能。
二、荧光灯的防火技术1. 灯管防护：荧光灯的灯管是易碎和易破裂的，一旦灯管破裂，极易引燃周围的材料，导致火灾。
因此，应在灯管周围加装防护罩，以减少灯管破裂的风险。
2. 电路设计与绝缘保护：荧光灯的电路设计应合理，以避免电流过大、电压过高，在电路的连接处应加装绝缘套管，保护绝缘能力，降低火灾风险。
3. 灯座选择：荧光灯的灯座应选择合格的阻燃材料制成，提高灯具的防火性能。
同时，应定期检查灯座的连接情况，确保其稳定可靠。
三、卤钨灯的防火技术1. 灯泡保护：卤钨灯的灯泡在工作时会产生高温，因此，应在灯泡周围加装防护罩，以防止灯泡碎裂和周围材料的引燃。
2. 电源保护：卤钨灯的电源也是一个潜在的火灾风险源。
应选择安全可靠的电源供应器，并定期检查电源的连接情况，确保其正常工作。
3. 灯座防护：卤钨灯的灯座应选用防火材料制成，以提高灯具的安全性能。
同时，应定期检查灯座的连接情况，确保其稳定可靠。
四、节能灯的防火技术1. 电路设计与绝缘保护：节能灯的电路设计应合理，避免过大的电流和电压。
在电路连接处应加装绝缘套管，提高灯具的绝缘能力。
大功率LED照明灯具的配光与散热的研究
对一款大功率Ｌ Ｅ Ｄ＇ ￣ 进行 了热分析 ，求得各个部分 的温 度场分布 ， 巴超出了结温的最大允许值 。通过 热分析 ，对该Ｌ Ｅ Ｄ灯散热结构进行改进 ，将芯 片最高温 降为
５ １ ． １ ２ ２ ６ ℃ ，仿 真 分析 结果 表 明在 允 许 范 围之 内， 验 证 了改进 方 案 的可 行 性 。 【关键 词 】 散 热 ； 大功 率 Ｌ Ｅ Ｄ ；配 光
是 将 一 块 结 构 是 电致 发 光 的 半 导 体 模 块 封 装 在 环 氧 树 脂 之 中 ， 通 过 引 脚 作 为 正 负 电 极 起 到支撑 的作用 ，Ｌ Ｅ Ｄ 结 构 主 要 由 支 架 ， 银 胶 ， 晶 片 ， 金 线 ，环 氧 树 脂 五 种 物 料 组 成 ，
一
最 少 的 。 正 是 由于 不 同 的 材 料 之 间带 隙 的 差 别 ，才 造 成 了不 同 的材 料 可 以发 出不 同 颜 色 的光 的 现 象 。 Ｌ Ｅ Ｄ 作 为 一 种 新 型 的 固 态 冷 光 源 ， 具 有 体 积 小 ， 寿 命 长 ，发 光 效 率 高 ，节 能 环 保 等 优 点 。大 功 率 Ｌ Ｅ Ｄ 照 明 灯 具 广 阔 的 市 场 前 景 引 发 了对 于 Ｌ Ｅ Ｄ 应 用 的 研 究 高 潮 ， 特 别 是 在 大功率照 明应用 方面 ，但是 由于Ｌ Ｅ Ｄ 芯 片 发 出的光呈Ｌ ａ ｍ ｂ ｅ ｒ ｔ Ｊ ａ ｎ 分 布 ，这 样 的光 场 分 布 如 果 不 经 过 二 次 光 学 设 计 而 直 接 应 用 到 实 际 的 大 功 率 照 明 中 应 用 的 话 ， 将 会 造 成 严 重 的 光 浪 费 ，Ｌ Ｅ Ｄ 二 次 光 学 设 计 问 题 成 了 限 ￣ Ｊ Ｌ Ｅ Ｄ 在 照 明 应 用 方 面 进 一 步 推 广 的 主 要 问 题 。 传 统 的 照 明 设 计 方 法 不 能 进 行错 误 预 估 的 缺 点 ，采 用 了 将 非 成 像 光 学 理 论 ， 照 明设
LED照明光源的温升与散热
led照明灯具作为第四代照明光源，具有节能、环保、寿命长、体积小等特点，且led光谱中没有紫外线和红外线，热量低和无频闪、无辐射，废弃物可回收，没有污染，不含汞元素，属于典型的绿色照明光源。
作为一种高效节能的新型光源，由于生产工艺和性能不断进步，led照明逐步取代其它照明领域已经成为一种必然趋势。
1 led照明光源温度升高的原因分析目前限制led照明发展的限制因素除成本外，就是散热问题。
led属于半导体发光器件，随着自身温度的变化，其特性会有明显的变化。
研究表明，led的结温越高，光源越早出现光衰，寿命就越短。
若以光衰降至70%时作为led正常使用的标准，当结温为65℃时，led 寿命更可达到9万小时~10万小时；结温升到75℃，寿命降至5万小时；结温为95℃时，寿命为2万小时；当结温为105℃时，光源寿命只有一万多小时。
由此看来，延长led光源寿命的关键就是要降低结温，加速led灯具的散热效果。
led在电源的驱动下，不仅产生光能，还产生大量热能。
对于led芯片来说，体积较小，其本身的热容量也很小，产生的热量不能及时传导出去，因此会产生很高的结温。
led光源，除了作为可视光消耗的能量外，其它能量都转换成了热能，大约70%的电能都变成了热能。
另外，由于led封装面积小，通过对流和辐射的散热少，也使led光源积累了大量的热，使led光源的温度升高。
2 led照明关于散热不良的危害2.1 电子元件变形led灯具由多个电子元件构成，每个元件的材质的热膨胀系数也不一样。
当温度升高时，组合在一起的元件的膨胀率就不一样，就可能使材质发生弯曲变形，甚至会在连接处因为应力过大产生裂纹。
2.2 电子元件烧断led作为热源的半导体元件，当温度上升时，其阻抗就会变小，电流增加，热能增加，温度上升，这样周而复始的恶性循环，容易发生电子元件烧断的电路故障。
2.3 加速封装材质老化led芯片的封装多采用环氧树脂，当温度升高时容易氧化、老化和脆化，使得其对光的透射率下降，进而造成led的出光量降低，温度越高此现象越明显。
LED散热问题的解决方案
LED散热问题的解决方案标题：LED散热问题的解决方案引言概述：随着LED技术的不断发展，LED照明产品已经成为现代照明市场的主流。
然而，由于LED器件的高能效特性，其产生的热量也相应增加，导致散热问题成为LED照明产品设计中的重要考虑因素。
本文将介绍LED散热问题的解决方案，以匡助工程师和设计师更好地解决这一挑战。
一、优化散热材料的选择1.1 热导率高的材料选择具有高热导率的散热材料是解决LED散热问题的关键。
铝、铜、陶瓷等材料都具有较高的热导率，可以有效地将LED产生的热量迅速传导到周围环境中，降低LED温度。
1.2 热阻低的材料除了热导率高外，热阻低的材料也是散热效果好的重要因素。
选择具有低热阻的散热材料可以减少热量在传导过程中的损失，提高LED的散热效率。
1.3 合适的材料厚度在选择散热材料时，还需要考虑材料的厚度。
过薄的材料可能无法有效地散热，而过厚的材料则可能增加LED与外界环境的热阻。
因此，需要根据LED的功率和散热需求选择合适的散热材料厚度。
二、设计有效的散热结构2.1 散热片设计散热片是LED散热结构中的重要组成部份，其设计直接影响散热效果。
合理设计散热片的形状和大小，增加散热片的表面积，可以提高散热效率。
同时，还可以考虑采用薄膜散热片等新型结构，进一步提升散热效果。
2.2 散热器设计在一些高功率LED应用中，散热器的设计也非常重要。
通过合理设计散热器的散热鳍片数量和间距，增加散热器的散热表面积，可以有效提高散热效率。
此外，还可以考虑采用风扇、热管等辅助散热装置，进一步提升散热效果。
2.3 散热结构的优化除了散热片和散热器的设计外，还可以通过合理布局和优化散热结构来提高散热效果。
例如，通过增加散热材料与LED之间的接触面积，减少热量传导的热阻；通过优化散热结构的通风设计，增加空气对散热的效果等。
三、控制LED的工作温度3.1 合理的电流设计合理设计LED的工作电流是控制LED工作温度的关键。
大功率LED照明模块及高效散热结构优化设计
直接将 Ｌ Ｅ Ｄ芯片键合 至基板表 面 ， 即Ｃ Ｏ Ｂ （ ｃ ｈ ｉ ｐ ｏ ｎ ｂ ｏ ａ ｒ ｄ ） 封装结构 ， 可 以显 著 减 小 照 明模 块 中的 界 面
热阻 ， 是 近 年来 大功 率 Ｌ Ｅ Ｄ散热 技术 的一 个发 展趋 势 。 Ｋ ｗ ａ ｎ等 人 使 用 Ｌ Ｔ Ｃ Ｃ作 为基 板材 料 ， 对 比了 Ｃ Ｏ Ｂ封
大功率 Ｌ Ｅ Ｄ因其节能 、 环保 、 高可靠性和寿命长等
优势 ， 成为 近年来 研究 的热 点 和 市场 的趋 势 。 目前 ， 半 导 体照 明 已经广 泛应 用 在各 行 各业 ， 像 普通 室 内照 明 、
目前广泛应用的大功率 Ｌ Ｅ Ｄ光源常采用集成式封 装， 即将发光模块和灯体设计为一个直接或间接的整体 ， 并使用水冷、 微喷结构 以及多级热电制冷的方式进行 散热 。这对灯具 的维修 、 保养 、 升级都带来 了一定 困 难， 且不具有 通用性 。模 块化 设计 是 解决 这 一 问题 的有
流密 度非 常 大 。 此 外 ， 由于 应 用 场 合 对 光 通 量 的 更 高
安装和维护成本 ， 并对其散 热结构进行优化设计 。采
用 钎焊 工 艺 降低 了接 触 界 面 热 阻 ， 通 过 有 限元 模 拟 和
试验证实了改进后的散热结构既有更高的散热性能。
１ 大功 率 Ｌ Ｅ Ｄ照 明模块 设计
效 途径 。文 中设 计 了 可 随 意 组 合 的 照 明模 块 ， 降低 了
LED道路照明光源的散热与配光应用
产品与应用LE D道路照明光源的散热与配光应用李志航高铁成(天津工业大学信息与通信学院，天津300160)摘要作为照明光源的小功-率L ED阵列，虽然解决了散热问题，但LE D数量多、光衰强、安装成本高，采用大功率L ED已经是城市照明LE D路灯发展的趋势。
如何解决大功率L ED路灯产品的散热、LE D的散光，聚光控制问题，路灯在路面照射面的照度范围、型态和照度的均衡问题和光电转换效率太低，每瓦只有几个流明等问题是本文研究的关键。
关键词：大功率LED；散热；道路照明；性能对比L E D R oad L i ght i ng Sour ce w i t h t he H eat and L i ght A ppl i ca t i onL i Z hi hang G ao Ti echen g(Inf or m at i on and C om m uni ca t i on E ngi neer i ng I nst i t ut e of Ti anj i nPo l yt echni c U ni vers i t y，Ti anj i n300160)A bs t r act M ode r n l i ght i ng i n t he a r ea as a s o ur ce of l ow—pow er L ED ar r ay．Therm al i s sue i sr es ol ve d，LE D us ed t o be a l O t of vol u m e．10W—pow er L ED l i ght f ai l ur e s t r ong。
a nd t he i ns t al l at i o n ofhi gh cos t：U r ban Li ght i ng L ED l i g ht s use hi gh—pow er L ED i s t he t re nd of devel opm ent，w i t h a s m a l lnum be r of hi gh-pow er L E D t o L ED l i gh t s i n t he product s becaus e no go od sol ut i on t o achi eve a ce rt ai nam ount of pow e r，L ED t he heat；L E D as t i gm at i s m and t he condens er c ont rol；St r e et l am ps i n t he r o ads ur fa ce of t he i l l um i nat i on of t he expos ur e，t ype and i nt ensi t y of t he bal ance；Pho t oel ect ri c con ver s i onef f i c i e nc y i s t oo l ow，onl y a f ew l um ens per w at t，a nd ot her i ss ues．K ey w or ds：hi gh—pow er L ED；t her m al：r oa d L i ght i ng：com par at i veper f or m ance1引言L E D(L i ght Em i t t i n g D i ode，称发光■极管)，属j：同态光源。
LED照明散热研究进展
２１ ０
工
Ｖｏ ． ０ Ｎ ． １４ ｏ ８
Ａｐ ｉ． ０１ ｒｌ ２ ２
Ｇ ａ ｇ ｈ ｕ Ｃ ｅ ｃ ｌＩ ｄ ｓ ｙ ｕ ｎ ｚ ｏ ｈ ｍｉａ ｎ ｕ ｔ ｒ
Ｌ Ｄ照 明散 热 研 究 进 展 Ｅ
黄 磊 ，陈洪林
（ 州大 学化 工 与能 源学 院节能技 术研 究 中心 ，河 南 郑 州 ４ ００ ） 郑 ５０ １
ｓｌ ｔ ｃ ｒ ， ｉ ｔ ｅｇｔ ｓ ａ ｏ ｍ ｎ ｗ ｃｓ， Ｅ ｅａ ｅｔｅｍａ ｒｉｈ ｓｕｃ ｆ ｅ ｅ ｌ ｉ ｔ ｇｍａｋｔ ｎ ｏｉ ｓ ｕｔ ｅ ｌ ｈ ｉ ， ｍ ｌｖｌ ｅａ ｄｌ ｏｔ Ｌ Ｄ ｂ ｃｍ ｊ ｇ ｔ ｏｒｅｏ ｎ ｒ ｇ ｉ ｒ ｅ ｉ ｄ ｒ ｕ ｇ ｗ ｈ ｌ ｕ ｏ ｈ ｏｌ ｇ ａ ｌｈ ｎ
摘 要 ：Ｅ Ｌ Ｄ由于具有工作电压低 、 耗电量小、 发光效率高、 结构牢固、 重量轻、 体积小、 成本低等众多优点 ， 必将成为未来一般
照 明市场 的主要光源 。但 散热 问题一直是 阻扰 Ｌ Ｄ发展 的瓶颈 。本文从内部封装散热和外部散热方式两个方面介绍 了 Ｌ Ｄ的散 热 Ｅ Ｅ 状况 。低热阻 、 散热 良好的封装结构是 Ｌ Ｄ散 热的关键 ， Ｅ 性能优 良的封装材料则可 以很好改善 Ｌ Ｄ的散热性能 。在增强封装散热 的 Ｅ
同时， 力提 高外部散热方式可 以提高散热效率 。 努
关 键词 ：Ｅ ； Ｌ Ｄ 封装； 散热； 进展
中图分类 号 ：Ｎ １ ＋ ８ Ｔ ３２ ．
文献标 识码 ： Ａ
文章编 号 ：０１ ９７（０２０ — ０６ ０ １０ — ６７ ２１）８ ０２ — ５
Ｎｅ Ｄｅ ｅｏ ｗ ｖ ｌｐｍ ｅ ｔｏ ｓ ａ ｃ ｎ Ｈ ｅ ｔＤｉｓｐａ ｉ ｎ ｏ ｎ ｆＲｅ ｅ ｒ ｈ ｏ ａ ｓｉ ｔｏ ｆＬＥＤｓ Ｌｉｈｔｎｇ ｇ ｉ
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生活需要設計
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2011/4/21
LED基本散熱結構 LED基本散熱結構 LED基本散熱結構如下圖: LED基本散熱結構如下圖: 基本散熱結構如下圖 LED灯在工作时，靠底座来导热， LED灯在工作时，靠底座来导热， 灯在工作时 必须马上把这部分热量给均衡在周围， 必须马上把这部分热量给均衡在周围， 然后通过传导到外壳的散热器上， 然后通过传导到外壳的散热器上，再 通过散热器来传到空间， 通过散热器来传到空间，散热器的面 积跟散热系数成正比( 相對而言) 积跟散热系数成正比( 相對而言)，也 跟周围的温度差成正比。 跟周围的温度差成正比。
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2011/4/21
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感谢您的聆听！
如是朋友就一起探討吧!!!
DEHKAIFA@
LED驱动器 认证 驱动器CE认证 驱动器 认证EN61347标准检 标准检
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LED散熱六要決 散熱六要決
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一個好的LED散熱六要素: LED散熱六要素 3. 一個好的LED散熱六要素: 三低三快
三低 1,接觸熱阻低: 2,傳導熱阻低: 3,交換熱阻低( 散熱器與 空氣熱交換);
三快 1,吸熱快: 2,傳熱快: 3,散熱快;
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外殼散熱器
PCB
LED
LED散熱除灯具的本身的散热技术， LED散熱除灯具的本身的散热技术， 散熱除灯具的本身的散热技术 还有电源的发热也不能忽视， 还有电源的发热也不能忽视，一个高 效率的电源，发热量是很小的， 效率的电源，发热量是很小的，但是 随着功率的增大，就不能小看了， 随着功率的增大，就不能小看了，一 般功率较大的电源都装到灯的外面， 般功率较大的电源都装到灯的外面， 离灯具有一定的距离， 离灯具有一定的距离，还有很多灯具 都用外置电源 ;
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散熱與結構設計 1. LED为什么要散热 : 为什么要散热 论上LED总的电光转换效率约为 总的电光转换效率约为54%(理论值 在现实只有理论值的 理论值),在现实只有理论值的 论上 总的电光转换效率约为 理论值 在现实只有理论值的1/4;其余 其余 的电能将以热能的形式释放,这就是 这就是LED为什么要散热的原因 为什么要散热的原因; 的电能将以热能的形式释放 这就是 为什么要散热的原因 散热不好,造成温度上升 造成温度上升; 散热不好 造成温度上升 温度上升----发光效率下降 发光效率下降; 温度上升 发光效率下降 温度上升----主波长受影响 蓝光向短波长漂移,其它颜色向长波长漂移 红光) 主波长受影响： 其它颜色向长波长漂移(红光 温度上升 主波长受影响： 蓝光向短波长漂移 其它颜色向长波长漂移 红光 温度上升----相关色温 相关色温(CCT)：白光的相关色温升高 其它色温将下降 其它色温将下降; 温度上升 相关色温 ：白光的相关色温升高,其它色温将下降 温度上升----正向电压 正向电压-----正向电压下降 正向电压下降; 温度上升 正向电压 正向电压下降 温度上升----反向电流增大 反向电流增大; 温度上升 反向电流增大 温度上升----热应力增大 热应力增大; 温度上升 热应力增大 温度上升----元器件的使用寿命减短 元器件的使用寿命减短; 温度上升 元器件的使用寿命减短 温度上升----如是带荧光粉 环氧树脂的led, 温度上升将导致这些材料发生劣化 如是带荧光粉,环氧树脂的 温度上升将导致这些材料发生劣化; 温度上升 如是带荧光粉 环氧树脂的 上述也只是部分温度过高对LED部分性能产生影响 实际受影响的远远不止这 部分性能产生影响,实际受影响的远远不止这 上述也只是部分温度过高对 部分性能产生影响 严重的将导致LED灯失效 灯失效; 些, 严重的将导致 灯失效
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LED照明散熱設計 散熱設計
LED为什么要散热 为什么要散热 散熱方式介紹 LED散熱六要決 散熱六要決 LED基本散熱結構 基本散熱結構
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2011/4/21 LED散热与结构设计-define
LED为什么要散热 为MAOSHENG_LIANG
2011/4/21
散熱方式介紹
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2. 散熱設計要點 散熱設計要點: 經常用散熱方式: 傳導,對流 輻射; 對流,輻射 經常用散熱方式 傳導 對流 輻射 传导： 传导：是热在物体中的运动 ; 幅射：是光的传输，一般 的光产生的是冷光源， 幅射：是光的传输，一般LED的光产生的是冷光源，照出的热量几乎没有量 的光产生的是冷光源 照出的热量几乎没有量; 这点可以忽略，红外线发出的光才有传输力。 这点可以忽略，红外线发出的光才有传输力。 对流：对流有在空气中的散发，强制散热是冷却液体的流动和风扇等; 对流：对流有在空气中的散发，强制散热是冷却液体的流动和风扇等