大功率LED灯的散热性能分析
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摘 要：LED灯具有节能环保等优点，发展迅速，市场占有率明显提高，但LED灯在实际工作中会产生大量的热量，特别是大功率LED灯散热尤为必要，如果不能很好的散出容易导致光源衰退。因此本文结合大功率LED灯的运行情况和性能，分析LED灯的散热性能。
关键词：大功率LED等;散热;性能分析
LED灯具有节能环保等特点，但实际运行过程中容易产生大量的热量，一旦热量无法排出，容易出现温度过高导致芯片热量异常，光源衰退和灯具寿命减少等情况。[1]简单来说，LED灯热管理结构主要是芯片级封、封装级和系统集成散热级，本文从LED灯的散热性能影响因素入手分析，提出具体优化的方案。
1 大功率LED灯散热性能影响因素
1.1 翅片几何参数
一般来说，大功率LED等的翅片参数变化会直接影响到散热性能，呈现正相关性。在达到额定数值之前，大功率LED灯具的翅片厚度、高度、间距、数量、长度的增加都会引发散热效率的提升，而且从戴绍碧;王娇琳;王倩等人在《大功率LED灯热管散热器性能研究》[2]一文中也得到了类似的结论，上表层一翅片散热效果明显低于四侧面翅片撒热效果。
1.2 外界温度的影响
大功率LED灯工作过程中会出现大量的热量，这些热量需要及时排出，因此外界的温度与大功率LED灯温度差距较大时，容易排出热量，反之当外界温度与大功率LED灯温度差距不大时，会影响LED灯的散热情况，这种温度影响是有限的，但对于LED等最优散热效率是有很大的影响的。
1.3 LED灯的散热材料
大功率LED等散热材料的选择对散热影响比较明显，一般在自然状态下，采用性能好、导热好的材料进行散热，LED等的散热效率会更高，而对于热辐射散热的方式则需要选择专门的材料。
2 大功率LED灯散热性能分析和优化方案
2.1 散热结构优化
大功率LED灯散热结构的优化首先要对翅片结构进行优化，根据仿真模型的数据和结果，翅片高度、长度进行分析，一般来说，大功率LED灯的瓷片高度通常是在0.05-0.11m范围内，这个范围内的散热性能最好，在0.05-0.11m范围内还可以进一步的划分，通常来说，在0.071-0.11m的范围内，当翅片高度达到这一高度以后，芯片温度则趋于平缓，而在0.05-0.07m范围内，当翅片高度在这一范围内时，芯片温度波动比较大，因此应控制翅片的高度范围，以获取更高的芯片散热性能。此外在翅片长度方面，在0.03-0.12m范围内最适宜，这也是当前大功率LED等翅片长度的首选。另一方面，缺口、通孔是LED灯的光源区连接通道，而LED基板是整个灯具中温度最高的地方，这说明，LED灯的热传播通道是由芯片出发，到缺口、通孔再到基板，而对于其他的多余的热量，主要是通过散热片通道进行删除，这样一来，可以根据大功率LED灯的具体情况，通过改造LED灯内部结构和模块，寻找和测量最优化的方案，实现热分布的数据统计，从而根据实际情况制定缺口、通孔的参数，而对于翅片的数量，一般是按照12-16片进行设置，主要是翅片散热最高值进行计算，通过翅片组合和间距设置的方式提升散热最高值，一次来实现翅片散热的高性能。
2.2 材料选择
LED灯材料选择非常重要，要根据大功率LED灯的工作环境和散热需求进行分析，不断拓展新型高性能的散热材料。[3]目前，大功率LED灯的散热材料主要是以银、铝、铝合金为主，其他新型材料为辅的。首先传统的银、铝、铝合金等材料性价比比较高，因此市场应用较为广泛，传统的散热材料主要是存在导热系数的差异性，导热系数与散热传导效率呈现正相关性。按照导热系数排雷，银的导热系数最高，决定了其可以有效降低表层热阻，提高整体的导热效率，但从成本来看，银的采购成本比较高，而从其性能来看，银的柔韧性不足，硬度不够，因此目前，铝、铝合金和铜是大功率LED的主要材料，现有LED通常采用铝作为散热主要材料，适当会增加一些铜，性价比比较高。此外，近些年LED散热新材料的发展也在不断提高，新型散热材料也取得了非常大的进步，进一步拓展了LED灯在不同工作环境的应用，如适应于高温低压的MAP-05散热材料就是一种很好的发展方向。此外随着电子设备的发展和大功率LED灯工作环境的变化，散热材料的性能、形状不断推陈出新，取得了非常大的进步。
2.3 性能优化
大功率LED灯在设计和生产前必须要对性能进行优化，要做好温度实验和数据统计，从而设计出在不同工作场景中性能最优化的产品。在测试过程中，大功率LED灯的性能优化必须要根据工作性能对测试环境、设备等进行设定，通过仿真试验的方式找出最优方案，在试验过程中要保持温度的恒定，模拟最佳状态下LED灯的优化结果，从而对性能进行调整，通过材料和结构的调整实现性能的最优化。目前大功率LED灯在设计时都会进行温度试验，以测试LED灯的具体性能，当然试验的结果会有一定的偏差，但总体数据分布规律相差不大，如果数据分布规律相差比较大，则需要反思在仿真模拟中是否出现了其他的问题，如温度未恒定，电压线不稳等情况。
3 总结
大功率LED灯的散热性能主要通过散热结構优化和散热材料来完成。LED灯在设计过程中必须要考虑具体的工作环境，选择最优的散热材料，同时做好仿真实验，调整LED灯的结构，确保LED灯散热的高性能。
参考文献：
[1]曾传锐，陈继榕，吴赵平.大功率LED灯散热设计技术[J].中国新技术新产品，2018（05）：33-34.
[2]戴绍碧，王娇琳，王倩.大功率LED灯热管散热器性能研究[J].制冷与空调（四川），2017（10）：126-127.
[3]侯亭波.微通道里流速分布对大功率LED散热性能的模拟分析[J].化学工程与装备，2017（11）：76-77.
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