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LED路灯的散热设计

字体变大  字体变小 发布日期:2014-05-20  浏览次数:815
核心提示:LED路灯散热技术,一般使用多为导热板方式,是一片5mm厚的铜板,实际上算是均温板,把热源均温掉;也有加装散热片来散热,但是重量太大。国内有厂家采用全球首创的针状散热技术,针状散热器的散热效率要比传统片状散热器有很大幅度提高,能使LED结温比普通散热器低15℃以上,并且防水性能比普通铝型材散热器要好,同时在重量和体积上也有所改进。另外,针对大功率LED灯具开发的石墨散热片也具有良好的导热和散热性能。
     传统LED路灯设计主要设计重点在LED的流明数上,而对的散热则的关注较少。实际上,LED的流明数正在迅速的增加。2009年量产LED的单瓦流明数已经达到100流明,而且这一数值还在快速地增长。与之对应的传热学理论体系已经成熟,我们可以使用的传热手段也基本明确:传导、对流、辐射和相变传热。因此,在传热或者说散热问题上,我们可以采取的措施是可见的、有限的。

     LED路灯散热技术,一般使用多为导热板方式,是一片5mm厚的铜板,实际上算是均温板,把热源均温掉;也有加装散热片来散热,但是重量太大。重量在路灯系统上十分重要,因为路灯高有9米,若太重危险性就增加,尤其遇到台风、地震都可能产生意外.国内有厂家采用全球首创的针状散热技术,针状散热器的散热效率要比传统片状散热器有很大幅度提高,能使LED结温比普通散热器低15℃以上,并且防水性能比普通铝型材散热器要好,同时在重量和体积上也有所改进。另外,针对大功率LED灯具开发的石墨散热片也具有良好的导热和散热性能。
 
     LED路灯的散热方式主要有:自然对流散热、加装风扇强制散热、热管和回路热管散热等。加装风扇强制散热方式系统复杂、可靠性低,热管和回路热管散热方式成本高。而路灯具有户外夜间使用、散热面位于侧上面以及体型受限制较小等有利于空气自然对流散热的优点,所以LED路灯建议尽可能选择自然对流散热方式。
LED路灯散热设计中存在的问题有:散热翅片面积随意设定,散热翅片布置方式不合理,灯具散热翅片的布置没有考虑到灯具的使用方式,影响到翅片效果的发挥,强调热传导环节、忽视对流散热环节,尽管众多的厂家考虑了各种各样的措施:热管、回路热管、加导热硅脂等等,却没有认识到热量最终还是要依靠灯具的外表面积散走,.忽视传热的均衡性,如果翅片的温度分布严重不均匀,将会导致其中一部分的翅片没有发挥作用或作用很有限。
 
     散热式大功率LED路灯灯具。其目的是解决大功率LED灯具散热问题,提出一种空气对流散热式大功率LED路灯灯具,它包括有灯头组件、灯具散热体组件和灯尾组件,灯具散热体组件为弧弦柱形壳体,两端开口,其弧柱面两侧面为立面,立面也开有阵列通孔,在弧弦柱形壳体内腔设有4~10条轴向排列的并与弧柱面和弦柱面固接立筋导热板,立筋导热板和弧弦柱形壳体两侧的两个立面也都开有阵列通孔,立筋导热板和弧弦柱形壳体两侧的两个立面在灯具散热体组件内形成5~11条热空气流动的散热通道。本实用新型优点是散热体内腔有多条热空气流动的散热通道,立筋导热板也都充当散热面,热交换面增加,热排放效率高。
     LED路灯的散热是需要重点解决的问题之一,不仅直接关系到LED实际工作时的发光效率,而且由于LED路灯亮度要求高、发热量大,并且户外这种使用环境比较苛刻,如果散热不好会直接导致LED快速老化,稳定性降低。因为在户外使用的道路灯具,应具有一定等级的防尘防水功能(IP),良好的IP防护往往会妨碍LED的散热。解决这个相互矛盾但又都得解决的两个问题是道路灯具设计时应关注的一个重要方面。在这一方面也是国内把LED应用于道路灯具中时出现不合格及不合理的情况最多的。

     国内使用中出现的不合格及不合理的情况基本有:
    (1)对LED采用了散热器,但LED连线的接线端子及散热器的设计无法达到IP45及以上等级,无法满足GB7000.5/IEC6598-2-3 标准的要求。
 
    (2)采用普通的道路灯具外壳,在灯具出光面内用矩阵式LED,这种设计虽说能满足IP试验,但是由于灯具内的不通风会造成在工作时,灯具内腔的温度会升高到50℃~80℃,在如此高的工况下,LED的发光效率是不可能高的,同时LED的使用寿命也将大打折扣计,实际上存在明显的不合理情况。
 
    (3)在灯具内采用了仪表风扇对LED及散热器进行散热,其进风口设计在灯具的下方,以避免雨水的进入,出风口设计在下射LED光源的四周。这样也能有效避免雨水的进入,另外散热器和LED(光源腔)不处于同一空腔内,这种设计如做的好,按灯具的IP试验要求,能顺利通过。这一方案,不仅解决了LED的散热问题,而且同时满足了IP等级的要求。但是这种看似良好的设计,实际上存在明显的不合理情况。因为在我国绝大多数道路灯具的使用场合,空中的飞尘量是较大的,有时会达到很大(例如起沙尘暴),这类灯具在一般条件下使用一段时间后(约三个月至半年),其内部散热器的缝隙内就会塞满灰尘,使散热器效果大打折扣,最后还会使LED因工作温度过高而使用寿命明显缩短。这一方案的不足是在于不能持久良好地使用。
 
     要兼顾道路灯具中LED的散热及IP防护,较合理的设计指导思想是:
     a、在关键的散热位置,采用导热板。导热板是在金属板的内部,均布有供冷媒流动的细导管,并在细导管内充有冷媒,当导热板的某一部位受热时,细导管内的冷媒会快速流动而使热量迅速地传导。好的导热板的热传导系数可以达到同厚度铜材板的8~12倍,虽说价格较高,但如在关键部位使用,对LED的散热将起到事半功倍的作用。
     b、把灯具的外壳设计成散热器状。大部分的道路灯具外壳是铝材的,直接利用灯具外壳外面作为散热器既可以保证IP防护等级的要求,也可以得到很大的散热面积,另外,灯具外壳组成的散热器在有落尘时,可以通过自然的风雨而冲洗,从而可保证散热器工作的持续有效性。
QQ截图20140520204541
     解决方法
     灯衰竭解决建议
     要解决这些既存问题,建议路灯厂商从基本材料上着手,从根本由内而外的解决高功率LED热源问题。举例来说在发光组件与铝基板的黏合时,导热胶就扮演关键角色,有些厂商以为导热胶膜或导热胶垫的导热系数要好,膜厚要越厚越好,却没想热阻问题。导热系数再好,碰到膜厚的热阻也没用。更何况导热胶膜或软质导热垫片,并不能真正的与基板密合,贴合面其实存在着许多孔隙。这些孔隙在电子显微镜下观看,就像是空洞的气穴,也就是另一种形式的热阻质。在这么多干扰热传导的热阻存在之下,散热导热的效率无形中就被降低了。
 
     热阻要低要用对导热胶,推荐网印施工的软陶瓷导热胶。网印施工的软陶瓷导热胶不同于传统的贴合式导热胶膜,软陶瓷导热胶是软质半液态,在网印机刮刀涂布于铝基板时,导热粒子会渗入基板表面的孔隙并予填补到满。这样就会形成一个完全平整没有孔隙的平面,与LED磊晶载板黏合时会完全的密合。这样一来就把热阻减少到最低程度,热度就能迅速的被传导出去,自然就降低了LED晶粒的环境温度,也延长磊晶的寿命以及大幅延缓光衰的发生。此外由于网印施工的软陶瓷导热漆具有延展性,在高温烘烤或回焊时,会随着铝基板的热胀冷缩一起变化,应力非常小,不会造成铝基板弯翘,更不会爆板。
 
     在LED灯具的外部保护推荐采用LED灯具软陶瓷散热漆。这种喷涂式软陶瓷散热漆可直接喷涂于LED灯具外部,施工操作简便,可适应各种形状的散热结构,也可调整成不同色彩,因应景观设计的需求。喷涂式散热漆内的软陶瓷粒子,是经过奈米化处理,粒子细微不仅易于喷枪操作,也让同一涂布面积上的导热粒子又多又密集,让温度挥发透散的面积也变大,让LED灯具的热能迅速的传导出去。软陶瓷散热漆属于热固型材料,符合RoHS环保安全规范,施工程序简便也无需任何特殊机具,经过烘烤后热固,可长时间承受LED的高温不会有质变问题。在户外使用的LED路灯、景观灯、或是LED广告广告牌、也都会面临风吹雨打、酸雨鸟粪、空气粉尘、黑烟排放hELlip;等等的酸碱侵害。所以这种喷涂式软陶瓷散热漆一定要具备抗酸碱的特性,的抗酸碱值幅度在PH3~11,可以有效保护LED户外灯具外观不被侵蚀。
 
     LED灯具的成本结构随着封装技术、载板设计、散热模块结构的精进发展,质量不断的提升,成本也随着技术发展及市场需求而下降。但是投入在材料改进的厂商还不多,这主要是跟台湾工商发展的历程与习性相关。台湾厂商长于制程与设计,在材料基础研发上着墨较少。所以在解决技术问题或降低成本等议题上,比较偏向采购思维或是生管思维。但是美日厂商在第一时间点,会从应用材料上去思考,从创新的角度去降低成本,提升质量及增加获利。
 
     应用场所
     LED路灯主要应用、主干路、次干路、支路、工厂、学校、园林、城市广场、庭院等道路照明。
     1、输出功率及光通量的提高还需要从大功率白光LED的外延技术、芯片工艺等基础层次进一步提升。在二次光学设计方面,LED的辐射形式有朗伯型、侧射型、蝙蝠翼型和聚光型几种。在道路照明领域,根据设计经验朗伯型和蝙蝠翼型比较适用,通过二次光学设计,使得LED的光照范围、光度曲线符合道路照明的需求。
LED在道路灯具中使用的最普遍形式主要是在灯具内,在一个几乎是平板的安装面(也是反光面)上,装上了矩阵式的LED,这种设计方式是不可能得到良好的灯具配光的。
 
 
 
 
 
 
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