浅谈LED防爆灯具的散热设计
LED灯具的散热设计
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 灯具的最大挑战就是将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。
浅谈大功率LED灯具的散热结构设计
浅谈大功率LED灯具的散热结构设计作者：张甫江来源：《科技创新导报》 2014年第30期张甫江(浙江通明电器有限公司浙江温州 325011)摘要：相比于日光灯、白炽灯等传统光源，发光二极管LED以省电、环保、寿命长、全固态、体积小等优点被称为照明绿色光源。
随着取出荧光粉量子效率以及芯片封装制造技术的不断提升，从性能与结构上来看，LED取得了不小进步。
文章探讨大功率LED灯具散热结构设计，希望能在日常照明及汽车照明等诸多领域得到推广与应用。
关键词：LED灯具大功率普通照明互通式散热结构中图分类号：TN305 文献标识码：A 文章编号：1674-098X(2014)10(c)-0036-01LED技术独特的优势给照明领域带来日新月异的变化，而大功率LED灯具照明也越来越多地被使用。
但大功率LED照明在给人们带来便捷生活的同时，也存在一些问题，如该文中要分析的大功率LED灯具散热问题。
大功率LED灯具的使用寿命直接受到其散热结构的直接影响，可以说在整个灯具散热问题上，设计散热器结构是关键一环。
1 大功率LED灯具寿命受温度影响对于大功率LED灯具而言，在温度的影响下，分别在电极引线、环氧树脂、芯片等方面发生失效。
电极引线能够承受很强的震动及电流冲击，但因环氧树脂，在高温条件下，芯片材料与电极引线的热膨胀系数不同，产生的变形也不同，导致失效，如发生引线断裂等。
环氧树脂是指分子中含有两个或两个以上环氧基团的有机高分子化合物。
为了将LED使用寿命有效提高，所使用的材料必须具有相近的热系数。
2 LED灯具散热器从能量意义上来看，热其实只是传递能量的形式，而并非能量。
当外界能量冲击分子，能量由高能分子传递给低能分子，从微观角度进行分析，能量的传递就是热。
而热量的3种传递方式由辐射、对流、热传导。
除了LED芯片外，LED灯具散热器接触导热良好与否是确保LED灯具稳定照明的关键因素。
因此，对LED散热器的制作、结构、安装等工作进行充分考虑是必要的。
LED防爆灯具是如何散热的？
LED防爆灯具是如何散热的？现在LED防爆灯具的质量很重要，这就取决于它的散热性能，LED防爆灯具的散热不仅要看它的散热方式，还要看它的散热材料，散热材料绝对着它的使用寿命。
散热是影响LED照明灯具照明强度的一个主要因素。
LED照明工具比传统的白炽灯能效高百分之80，但是其LED组件和驱动器电路散热量很大。
如果这些热量没有适当的排放出去，那么照明灯具的发光度和寿命将会急剧下降。
一般散热方法有一下几种液冷散热、热管散热、半导体制冷散热、化学制冷散热。
而它的散热材料更是尤其重要，一般有三种散热材料纯铝散热器、纯铜散热器、铜铝结合散热器。
要提升它的发光效率和使用寿命，解决产品散热问题即为闲阶段最重要的课题之一，LED产业的发展亦是以高功率、高亮度、小尺寸为其发展重点，因此提供具有其高散热性，精密尺寸的散热基板，也成为未来在LED散热基板发展的趋势。
它利用LED防爆灯低发热量的特点，实现本质安全级防爆，而且LED光源寿命长；电池在充满电和放电末期LED 都保持恒定亮度；在灯壳上设置散热装置，可以实现LED模组的有效散热，保证了使用稳定性，适用于煤矿、石油、铁路、防汛等多种行业照明。
适用于爆炸性气体环境1区、2区，IIA、IIB、IIC类危险场所。
防爆LED灯主要由LED光源、驱动电源以及防爆外壳组成。
防爆LED灯分类防爆LED灯主要用于工业照明，根据安装方式分为固定式防爆LED灯和便携式防爆LED灯两大类。
固定式防爆LED灯：LED功率的加强使其散发出的热量增大，从而加速光源的光衰速度以及减短光源的使用寿命。
目前固定式防爆LED灯的设计功率在3×3W～120W范围。
安装方式多用于吸顶式安装，壁挂式安装以及大功率路灯。
便携式防爆LED灯常见于防爆LED手电筒。
因为LED具有高亮度、低功耗、寿命长、尺寸小等特点，所以是防爆手电筒的理想光源。
便携式防爆LED灯主要适用于在各种防爆场所作移动照明。
led灯散热解决方案
led灯散热解决方案LED灯散热解决方案1. 引言随着LED（Light Emitting Diode，发光二极管）应用的广泛普及，人们对其进行了更高的要求，包括更大的亮度和更长的寿命。
然而，高亮度LED的工作温度也相应增加，这给LED灯的散热带来了挑战。
良好的散热设计能够有效降低LED的工作温度，延长其寿命。
本文将介绍led灯散热解决方案，以帮助设计师合理解决这一问题。
2. 散热原理LED灯在工作时会产生热量，如果不能及时有效地将热量散发出去，将会导致LED的温度升高。
过高的温度会降低LED的光效，甚至损坏LED。
因此，散热是保证LED长期稳定工作的关键。
散热的原理主要有三种：2.1 空气对流散热空气对流是利用空气的流动来带走LED灯产生的热量。
散热片或散热器的设计可以增加表面积，加速周围空气的流动，提高对流散热效果。
为避免灰尘等杂物堵塞风道，维护通风畅通也十分重要。
2.2 热传导散热热传导散热是指利用好导热材料，通过导热基板等方式，将LED灯产生的热量迅速传导到周围环境。
导热材料应具有高热导率，以确保效果。
同时，热源和散热器之间的接触面积和接触压力也需要充分考虑。
2.3 辐射散热当LED灯的温度高于周围环境时，会通过辐射的方式将热量传递出去。
LED灯的外壳设计应具备较大的表面积，充分发挥辐射散热的效果。
同时，LED灯的外壳材料也应选择具备较好的热辐射特性的材料。
3. 散热解决方案根据上述散热原理，以下列举几种常见的LED灯散热解决方案：3.1 散热片散热方案散热片是一种将热量从LED灯传导到周围环境中的散热方式。
通过选择合适的散热片材料，如铝材等，并将散热片缠绕在LED灯的散热部分，可以有效地提高LED灯的散热效果。
此外，散热片的设计应考虑到空气对流的影响，例如设置散热片孔洞以增加空气流动。
3.2 散热器散热方案散热器是通过放大导热界面的表面积，帮助热量更快地散发到周围环境中的散热方式。
常见的散热器材料包括铝和铜，它们具有较高的热导率。
LED灯具的热分析与散热设计
LED灯具的热分析与散热设计LED的主要失效形式之一是热失效，随着温度的增加不但LED的失效率大大增加而且LED光衰加剧、寿命缩短，因此热设计是LED灯具结构设计中不可忽略的一个环节。
大功率LED灯具的外壳防护等级一般都在IP65以上，热量不能通过空气对流的方式发散到灯具外部。
所以是否有良好的导热途径将LED的热量传到灯具外壳；选择合适的导热材料等灯具散热方面的设计直接决定了产品的成功与否。
1．LED灯具的热阻计算方法对灯具结构进行热分析是设计灯具时必须完成的一项工作。
由于灯具是在开启后逐渐升温最后达到热稳定状态，也就是说热稳定状态时各点的温度最高，所以散热计算一般只考虑稳态的情况，瞬态的热分布情况并不重要。
因此应在灯具处于热稳定状态时计算灯具散热的情况。
LED灯具热分析公式：Tjmax ≥ Ta +( Rth b-a×Ptotal) +( Rth j-sp×Pled)Tjmax —— LED理论结点温度Ta ——使用环境温度Rthb-a ——灯具散热部件总热阻Ptotal —— LED总功率Pled ——单颗LED功率Rth j-sp ——单颗LED的热阻考虑到灯具使用环境温度Ta（-20℃—45℃）受外部条件限制一般是不可控的，另外为满足照明效果LED 灯具总功率Ptotal、单颗LED功率Pled在设计前应已经确定不可更改，最后单颗LED的热阻目前一般为8℃/W。
依照LED灯具热分析公式，只有依靠减少灯具散热部件热阻的方法达到散热效果。
下面以一个有16颗LED（1W 、CREE XR-E系列）的灯具为实例进行计算Tjmax=150℃Ta=45℃Ptotal = 1.155W×16=18.48WPled =0.35A×3.3V=1.155WRth j-sp=8℃/WRth b-a ≤(Tjmax —Ta - Rth j-sp×Pled)/ PtotalRth b-a ≤(150℃—45℃ - 8℃/W×1.155 W)/ 18.48 WRth b-a ≤5.182℃/W由以上计算可以得出：散热部件热阻Rth b-a ≤5.182℃/W时灯具才可以在45℃的外部环境中使用。
LED照明设计散热分析与方案
LED照明设计散热分析与方案
标签：LED 照明光源
目前如何散热是LED 产品设计中最为核心的问题，下面我们一起来看看led 照明设计中的散热问题应该如何分析与控制。
一、LED 照明设计散热分析
二十五瓦以下的LED 照明系统的设计一般是用于台灯、客厅射灯、家用餐灯、小夜灯等方面，即使这样，大多数小于二十五瓦的低功率LED 照明应用也会要求一定程度的小型化。
这常常导致更高的功率密度，尽管它的功耗不是很大。
这种情况下，所需足够的散热管理措施必须通过改进机械结构来提供。
此外，高电气效率也有助于降低功耗。
而另一种防止LED 长时间工作过热问题的思路是采用调光解决方案。
事实上，在这个功率范围内，LED 照明灯将会取代卤素灯和紧凑型荧光灯。
此外，为了摆脱散热问题，必须去掉对温度变化敏感的无源组件。
然而，目前大多数LED 驱动器解决方案都源于电源拓扑，并以此为基础，故应该考虑到温度范围的限制，因为一般产品通常基于商业标准，但照明灯却必须确保能够适应严苛的环境。
二、LED 照明设计中的散热控制方案
在迅速发展的LED 照明设计中，大多数人将注意力集中在高亮(HB)LED 的调光控制策略上。
不过，HB LED 照明应用的本质要求我们将更多的注意力转移到散热控制上。
虽然LED 制造商通过大幅提高每瓦的流明数正在降低HB LED 照明设计的技术障碍，但与光输出相比，仍有更多的电能转化为要散发出去的热量。
因此，需要一个散热管理的总体战略，以确保LED 散发的热量可控制为一个温度的函数。
与白炽灯、钨丝灯泡不同，高功率LED 不辐射热。
LED灯具散热
对散热器、LED芯片、驱动电源等关 键原材料进行严格检验，确保原材料 质量。
成品检验
对成品进行全面的检验和测试，包括 光通量、色温、显色指数等光学性能 以及电气安全性能等，确保产品质量 符合相关标准和客户要求。
过程控制
对制造过程中的关键工序进行监控和 控制，如压铸温度、焊接质量等，确 保产品制造过程的稳定性和一致性。
LED灯具散热重要性
01 02
提高光效
LED灯具在工作时会产生热量，如果热量不能及时散发出去，会导致 LED芯片温度升高，光效降低。良好的散热设计可以保证LED芯片在适 宜的工作温度下运行，提高光效。
延长寿命
过高的温度会加速LED芯片的老化，缩短其使用寿命。通过合理的散热 设计，可以降低LED芯片的工作温度，从而延长LED灯具的使用寿命。
采用低热阻材料
选用低热阻的封装材料和基板，降低热量传递过 程中的热阻。
控制芯片工作电流
合理调整LED芯片的工作电流，避免过高电流导致 的热量积累。
系统级散热优化方案
整体散热设计
从整个灯具系统出发， 进行整体散热设计，确 保热量能够顺畅地传递
和散发。
热仿真分析
利用热仿真技术对灯具 进行热分析，找出热点
热对流
由于流体的宏观运动而引起的流体各部分之间发生相对位移，冷、热流体相互掺混所导致的 热量传递过程。在LED灯具中，自然对流和强制对流是主要的散热方式。
热辐射
物体由于具有温度而辐射电磁波的现象。一切温度高于绝对零度的物体都能产生热辐射，温 度愈高，辐射出的总能量就愈大。在LED灯具中，通过辐射散热的方式将热量传递至周围环 境。
并进行优化。
智能温控技术
引入智能温控技术，实 时监测灯具温度并调整 工作状态，避免过热现
LED照明灯具散热器结构优化设计
LED照明灯具散热器结构优化设计摘要：随着LED照明灯具的普及，尤其是大功率LED照明灯的使用，散热性能的好坏成为了影响其稳定性及使用寿命的一大关键因素。
本文就LED照明灯具的散热问题进行了简要阐述，并对散热性能的影响因素进行了试验分析，最后对散热器结构的优化设计提出了一些建议，希望能为实际生产提供一定参考。
关键词：LED照明灯具；散热结构；优化设计1 LED照明灯具的散热问题LED发光的原理是大量活跃电子的运动将动能转化为光能，而在这一过程中很大一部分能量转变成热能，导致灯具内部温度上升。
LED灯内部温度对其亮度存在直接影响，温度越高，亮度越低，且温度高低直接影响灯具寿命，相关研究表明温度越高，寿命越短，美国Cree公司发布的一项实验表明，当灯具温度105?C时，寿命仅10000h，而温度65?C时，寿命可延长至90000h，因此如何有效散热成为当前研究的一大热点。
通常而言，灯具内部热量是通过热传导传递的，因此散热过程需要耗费较长时间。
长期处于工作状态的LED照明灯具，尤其是大功率灯具，会产生大量热量，在高温条件下，会对其电极引线、芯片等产生不利影响，进而影响灯具等使用寿命，因此，解决灯具散热问题的关键是尽快将热量传递出去，需要有效提高散热性能。
2 LED照明灯具散热性能的影响因素2.1 散热基板的影响图1和图2分别为有散热基板和无散热基板的散热器，在安装同样的PCB铝基板和芯片后在三种不同功率下进行模拟试验，得到的结果如表1。
该实验结果表明，有基板的散热器具有更好的散热性能，并且在功率大的时候具有更好的效果。
2.2散热器翅片的影响散热器翅片对散热器同样影响很大，影响散热效果的具体因素是散热有效面积的大小。
散热器翅片的长度、高度、厚度、以及翅片数目等能够影响总体散热有效面积，进而影响整体的散热性能。
以100W的LED路灯作为试验对象，散热外壳选择金属铝，研究上述参数对散热效果的影响。
采用宽度3mm，长度为15cm，翅片数为20的散热器翅片，在其余条件一致的情况下研究不同翅片高度与温度的关系，试验结果如图3所示，表明散热效果随着翅片高度的增加而有所提升，且翅片高度在0-30mm区间内的提升效果最明显，之后的散热效果提升不明显，说明翅片高度需要保持合理范围。
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浅谈LED防爆灯具的散热设计
LED防爆灯的发光效率及寿命与工作温度息息相关，呈现反比关系，下图为美国CREE所发布的LED寿命报告，温度每下降10℃寿命将延长2倍且光通量提升3%~8%。
图2.LED寿命报告数据源：CREE
由于高功率LED技术的发展，使得LED防爆灯具面临到热管理和散热设计的严苛挑战，因为温度升高不但会造成亮度下降，当温度超过摄氏100度时更会加速灯具本体及封装材料的劣化。
因此，除了LED防爆灯它的封装组件本身的散热技术外，LED防爆灯具的散热及导热设计更是维持防爆灯具寿命的最大关键。
LED防爆灯具应用于户外照明，其散热设计相较于其他LED终端产品(例如：LED背光面板、LED车用照明…等)更为复杂多元，因为LED防爆灯具的操作环境会因为温度变化、沙尘量、湿度…等因素更加严苛。
以LED防爆路灯为例，要能够长时间于户外环境工作，不仅必须符合安全法规的要求(例如：UL、CE…)，更需达到克服光学特性稳定性(如、光衰变化)、沙尘侵袭、鸟粪堆积、空气中胶质悬浮物质及水气虹吸现象造成之防水防尘问题等可靠度及恶劣环境的考验。
在防爆灯具设计方面，由LED蕊片、LED芯片基板、芯片封装、线路设计、系统电路板、散热鳍片到灯具外壳再再都考验着LED产业上、中、下游的研发能力。
传统用于指示灯的LED多为炮弹型结构，其四周以绝缘性环氧树脂(epoxy)进行封装，故LED晶粒所产生的热能主要由下方的两根金属导线以传导方式往系统电路板方向散出。
然而当LED跨入照明领域后，1W以上的高功率LED成为主流，也为了增加热传导面积，照明用途之LED改采平板式封装，使LED芯片基板和系统电路板能有较大的贴和面积。