LED产品在照明上的应用越来越受到关注,由于其高能效,长寿命和绿色环保等优势,被视为最有潜力的第四代照明光源,LED在照明领域得到广泛使用。最重要的一环“散热”就显得十分关健,附图是LED的光通量(lm)和温度(℃)的关系区线,
由图可知光通量与温度成反比,温度越高,LED的光通越低同时温度的变化对LED的波长也有一定的影响。温度对LED本身的寿命也有影响,如图示温度越高寿命越短。
解决LED的散热就是要降低LED的本身的结温,目前很多人认为LED灯具的表面温度低,散热情况就一定好,实际上这是一个误区,我们讲散热的最终目的是解决结温。因此如表面温度低,但传热热阻高,LED结温超过合理值,散热结构也是失败的,如表面温度高,但传热热阻低,结温温度保持在合理范围内,也是合格的。降低热阻抗和提高提高热传导率是德国量一LED产品的设计要点。
LED产品芯片的结温一般控制在58℃以下,这种温度下方能保证LED的光输出稳定,德国量一照明LED产品为保证结温在合理范围内主要是通过以下的方式达到:
1、 减少各散热部件间的热阻
2、 增加散热的表面积
3、 控制恒流源输入LED光源的电流
4、 选择低热阻及导热系数好的散热材料
根据散热的热欧姆定律△T=QR即温差=热流X热阻。这说明当热阻越大时,温差大,也就是讲在散热组件内残留的热越多,在环境温度一定的情况下,结温就越高。因此要散热好,就需要降低热阻。而LED在热传以等向性的方式传递,传递方向可大致区别为垂直与水平方向;垂直方向相当于热阻串联,串联数越多,热阻越大;水平传递等于是并联热阻,并联热阻越多,热阻越低。因此减少热阻需要由两个方面考虑:减少传导的层数和加大散热部件的面积。
如图所示目前市面上的LED产品热传导结构为:传递总热阻=芯片到金属基板热阻+基板到铝散热板热阻+铝散热板热阻,涉及的导热层有金属基板、焊料层、铝基板层、导热胶层和铝散热器层,铝散热层一般还分为两个结构,在散热时增加了传导的层数,散热热阻增加。德国量一照明的LED产品在设计充分考虑这问题,保证各组件自身的合理热容结构,低热阻,大的传导面积,在传导散热上减少了传导层数,使芯片产生的热直接通过基极传至散热器,散热器为一体化结构,减少了传导层数。在使用铝基板的情况下,尽量加大铝基板的面积。从而最终降低热阻。
散热器在自身的热容达到极限后需将热向空气进行传导,一般均通过对流散热和辐射散热进行。要使散热器将热量快速的传递出去,根据对流散热和辐射散热的基础公式:Q=εσAT4 和Q=hA△T;由公式可以知道面积是最关键的因数。因此在设计允许范围内尽量加大散热面积成为最重点的设计因数。德国量一照明在充分考虑散热通道与热流通道的吻合度,在工艺允许的范围内增加散热鳍片的面积。对流散热分为自然对流和强制对流,在设计中我们主要考虑的是自然对流,强制对流需考虑风扇的排布不适合普通室内LED照明的使用。自然对流的散热通道和热流通道吻合的情况下将有助于对流散热的效率。德国量一照明的LED球泡在散热器设计时散热沟道深度由下向上逐渐递增与热流的流通通道相吻合,如图:
这样不仅加快了散热效率,同时加大了散热鳍片的面积有助于散热,散热器本身的热容也加大了,散热效果明显。在LED筒灯上德国量一照明独创了“涡轮加速散热系统”。此散热系统充分利用涡轮系统的加速对流特性,加速热量的传递,保证散热的效率;同时涡轮片设计使散热鳍片的面积比直身散热鳍片面积增加了20%,热量的对流得到提高。
为保证辐射散热的有效性,德国量一照明在散热器表面进行了喷砂后喷漆的处理,使表面粗化。
LED芯片在额定电流下能发挥出最佳的光效,LED的发光强度由流过LED的电流决定,电流过强会引起LED的衰减,电流过弱会影响LED的发光强度,因此恒流驱动就显得尤为重要。下图是Cree的1WLED光源的热测试结果。
由图可知电流的增加,芯片的结温增加。德国量一照明的恒流驱动器具有恒流和过流保护,保证恒流输出。降低发热量,保证结温不升高。
德国量一照明的LED产品通过以上四个方面的控制,有效地控制住了LED的结温。保证了LED产品的稳定光输出和寿命。