LED灯具散热设计.docx

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1、LED 路灯与常规 高压钠灯 路灯不同的是， 大功率 LED 路灯的光源承受低压直流供电、由 GaN 基功率型蓝光 LED 与黄色荧光粉合成的高效白光 二极管， 具有高效、安全、节能、环保、寿命长、响应速度快、显色指数高等独特优点，可广泛应用于城市道路照明。 外罩可用 PC 管制作，耐高温达 135 度， 耐低温达 -45 度。发光二极管 (LightEmittingDiode ，简写为 LED) 是基于半导体 PN 结形成的用微弱的电能就能发光的高效固态光源，在确定的正向偏置电压和注入电流下，注入 P 区的空穴和注入 N 区的电子在集中至有源区后经辐射复合而发出光子，将电能直接转化为光能。优

2、点1、LED 路灯本身的特性光的单向性，没有光的漫射，保证光照效率。2、LED 路灯有独特的二次光学设计，将 LED 路灯的光照耀到所需照明的区域，进一步提高了光照效率，以到达节能目的。3、LED 的光源效率目前已达 110-130lm/W ，而且还有很大的进展空间， 理论值达 250lm/W 。而高压钠灯的发光效率是随功率增加才有所增加， 因此， 总体光效 LED 路灯比高压钠灯强； (这个总体光效是理论上的，实际上 250W 以上高压钠灯的光效高于 LED。4、LED 路灯的光显色性比高压钠灯高很多，高压钠灯显色指数只有23 左右，而 LED 路灯显色指数到达 75 以上，从视觉心理角度考

3、虑，到达同等亮度， LED 路灯的光照度平均可以比高压钠灯降低20% 以上，参照 英国道理照明标准。5、LED 路灯的光衰小，一年的光衰不到 3%，使用 10 年仍到达道路 使用照度要求，而高压钠灯光衰大，一年左右已经下降 30% 以上，因此， LED 路灯在使用功率的设计上可以比高压钠灯低。6、LED 路灯有自动把握节能装置 ,能实现在满足不同时段照明要求状况下最大可能的降低功率，节约电能。 Spark 智能 LED 路灯可实现电脑调光， 分时间段把握，光线把握，温度把握， 远程把握 ，自动巡检等人性化功能。7、LED 是低压器件，驱动单颗 LED 的电压为安全电压，系列产品单颗LED 功率

4、都为 1 瓦，所以它是一个比使用高压电源更安全的电源，特别适用于公共场所例如：路灯照明、厂矿照明、汽车照明、民用照明等。8、每个单元 LED 小片只有很小体积， 所以可以制备成各种外形的器件， 并且适合于易变的环境。9、寿命长：能使用 5 万小时以上，供给三年的质量保证。缺乏之处就是电源的寿命得不到保证。10、光效高：承受100LM 以上的芯片，相对于传统高压钠灯能节能75% 以上。11、安装简便：无需加埋电缆无需整流器等，直接将路灯灯头 安装于灯杆接上或者将光源嵌套原有灯壳。12、散热把握精彩： 夏天温度把握在 45 度以下，并承受被动散热方式， 夏天的散热保障缺乏。13、质量牢靠：电路电源

5、全部承受高质量元器件，每颗LED 都有单独过流保护，无需担忧损坏。14、光色均匀：不加透镜，不以提高亮度而牺牲均匀光色，从而保证无光圈光色均匀。15、LED 不含有害金属汞，不像高压钠灯或 金属卤化物灯 在报废时对环境造成危害。综合上述原理，大功率 LED 路灯的节能效果显著，代替高压钠灯可节电 60% 以上。有待讲究维护本钱低：相对于传统路灯， LED 路灯维护本钱极低，经过比较，不到 6 年即可收回全部投入本钱。缺点1. 单个 LED 功率低。为了获得大功率，需要多个并联使用。2. 显色指数低。在 LED 照耀下显示的颜色没有白炽灯真实，这要从光谱分布上来分析， 属于技术问题。3. 光斑。

6、由于白光 LED 本身制造工艺上缺陷加上与反射杯或透镜的协作误差， 简洁造成“黄圈”问题。4. LED 照耀均匀度问题假设不进展二次光学设计， LED 的照耀是比较集中，所以确定要进展二次光学设计，使其光强分布图呈蝙蝠形。5. LED 的光衰问题相比小功率 LED，大功率 LED 路灯的光衰就会要好很多。但是小功率 LED 热量散发很小。而大功率的 LED 是存在散热没有方法解决的问题，而且发热后亮度会明显降低，所以功率不能做大。现在市场销售的 Spark LED 路灯最大的是 360W 。技术指标目前， LED 照明技术日趋成熟， 大功率 LED 光源成效已经到达 100lm/W 以上， 这

7、使得城市路灯照明节能改造成为可能。 LED 路灯，特别是大功率 LED 路灯，正以迅猛的速度冲击传统的路灯市场。大功率 LED 路灯顾名思义是功率大于 30 瓦以上，承受型 LED 半导体光源的路 灯 。 目 前 LED路 灯 的 标 准 一 般 是 路 面 照 度 均 匀 度 uniformityofroad surfaceilluminance)的平均照度 0.48 。光斑比值 1：2，符合道路照度。实际 1/2 中心光斑到达 25LUX,1/4 中心光强到达 15LUX ，16 米远的最低光强 4LUX ，重叠光强约6LUX 。目前市场路灯透镜材料为改进光学材料，透过率93% ，耐温-3

8、8 +90 度，抗UV 紫外线黄化率 30000 小时无变化等特点。 它在型城市照明中有格外好的应用前景。对深度的调光，且颜色和其他特性不会因调光而变化。太阳能 LED 路灯就是指承受太阳能硅板为供给电源的 LED 路灯。标准：1. 光的转化率 17% ，每平方太阳能量为 1000W ，实际利用效率为 170W 2. 目前市场路灯透镜材料为改进光学材料，透过率93% ，耐温-38 +90 度。3. LED 路灯透镜，主要用于 LED 路灯的透镜，光斑为矩形，材料是PMMA 光学材料，透过率 93% ，耐温-38+90 度，抗 UV 紫外线黄化率 30000 小时无变化等，4. 路面照度均匀度

9、uniformity of road surfaceilluminance)的平均照度 0.48 。光斑比值 1：25. 符合道路照度。实际 1/2 中心光斑到达 25LUX,1/4中心光强到达 15LUX ，16米远的最低光强 4LUX ，重叠光强约 6LUX 。6. 它在型城市照明中有格外好的应用前景。对深度的调光，且颜色和其他特性不会因调光而变化。7. 适应湿度： 95尽管 LED 路灯的进展速度迅猛，但 led 路灯的标准却相对滞后。在全球范围内， LED 的路灯标准也不是都没有，像LED 路灯的欧洲标准现在就有。事实上，各地区对 LED 路灯的标准，在指标上不尽一样， LED 路灯要

10、在标准上符合销售区的要求， 因此投标 LED 路灯工程要深入争论当地的 LED 路灯标准，只有这样才会在激裂的市场竞争中占有一席之地。散热设计传统 LED 路灯设计主要设计重点在 LED 的流明数上，而对 LED 灯具的散热则的关注较少。实际上， LED 的流明数正在快速的增加。 2023 年量产 LED 的单瓦流明数已经到达 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根本明确：传导、对流、辐射和相变传热。因此， 在传热或者说散热问题上，我们可以实行的措施是可见的、有限的。散热技术LED 路灯散热技术，一般使用多为导热板方式，是一片5m

11、m 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。重量在路灯系统上格外重要，由于路灯高有 9 米，假设太重危急性就增加，尤其遇到台风、地震都可能产生意外 .国内有厂家承受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 结温比一般散热器低 15以上，并且防水性能比一般铝型材散热器要好，同时在重量和体积上也有所改进。散热方式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简洁、牢靠性低，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

12、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。散热设计LED 路灯散热设计中存在的问题有： 散热翅片面积任凭设定， 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、 无视对流散热环节， 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， 却没有生疏到热量最终还是要依靠灯具的外外表积散走， . 无视传热的均衡性，假设翅片的温度分布严峻不均匀，将会导致其中一局部的翅片没有发挥作用或作用很有限。目前，很多人把主要的目光都放在了 LED 的流明数上，而对 LED 灯具的散热的关注

13、较少。实际上，LED 的流明数正在快速的增加。 2023 年量产 LED 的单瓦流明数已经到达50 流明，而且这一数值还在快速地增长。与它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根本明确：传导、对流、辐射和相变传热例如热管。因此，在传热或 者说散热问题上，我们可以实行的措施是可见的、有限的。依据光通量流明与辐射通量瓦的运算关系：其中，Km = 683 lm/w，是光通量的比例尺，是辐通量的比例尺。也就是说1W 的辐通量在最抱负的状况下黑体辐射 可能产生 683lm 光通量。所以，即使 LED 的光效到达 200lm/w，也不能将全部能量转化为光能输出，而其余的都转化为热能。从长远

14、看LED 灯具的散热问题将是一个长期存在的问题。目前 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简洁、牢靠性低，热管和回路热管散热方式本钱高。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。散热设计中可能存在的问题有：1. 散热翅片面积任凭设定。2. 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。3. 强调热传导环节、无视对流散热环节，尽管众多的厂家考虑了各种各样的措施： 热管、回路热管、加导热矽

15、脂等等，却没有生疏到热量最终还是要依靠灯具的外外表积散走。4. 无视传热的均衡性，假设翅片的温度分布严峻不均匀，将会导致其中一局部的翅片温度较低的局部没有发挥作用或作用很有限。空气对流散热式大功率 LED 路灯灯具现在LED 路灯散热技术，一般使用导热板方式，就是一片 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，由于路灯高有 9 米，假设太重危急性就增加，尤其遇到台风、地震都可能产生意外。或许，将来 LED 广泛进入路灯领域后，可能形成模组化散热会更好地解决LED 路灯散热难的状况。空气对流 散热式大功率 LED 路灯灯具

16、202320230106.1 。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410 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 511 条热空气流淌的散热通道。 本有用型优点是散热体内腔有多条热空气流淌的散热通道，立筋导热板也都充当散热面，热交换面增加，热排放效率高。发光二极管

17、(LightEmittinDiode,LED)作为一代固态光源，具有寿命长、高效节能、绿色环保等众多优点，被广泛地应用到显示!照明领域中随着科技进展，先进技术不断地应用于半导体生产中，以使 LED 的发光效率不断提升，本钱持续下降。LED 的核心局部是 PN 结，注人的电子与空穴在 PN 结复合时把电能直接转换为光能， 但是并不是全部转换的光能都够放射到LED 外，它会在 PN 结和环氧树脂/硅胶内部被吸取片转化热能这种热能是对灯具产生巨大副作用，假设不能有效散热，会使LED 内部温度上升，温度越高，LED 的发光效率越低，且 LED 的寿命越短，严峻状况下，会导致 LED 晶片马上失效，所以

18、散热仍是大功率 LED 应用的巨大障碍。现有散热技术：101 为散热铝型材;102 为导热硅胶垫片/硅脂;103 一 106 组成铝基板， 其中 103 为铝板，104 为绝缘层，105 为敷铜层，106 为阻焊层 201 一 204 组成 LED 灯，其中201 为电极，202 为 LED 底座，203 为 LED 的 PN 结，204 为硅胶，然后使用锡膏将 LED 焊接与铝基板的敷铜层：LED 的 PN 结发出的热量经过 LED 底座一锡膏焊接层一敷铜层一绝缘层一铝板一导热硅胶垫片/硅脂一散热铝型材一散发于空气中，这样完成散热过程。LED 灯具散热构造及原理解析LED 底座导热系数约为

19、80W/mk;锡膏焊接层导热系数大于 60W/mk;敷铜层的导热系数约为 40OW/mk,铝板和铝型材的导热系数约为 200W/mk,绝缘层的导热系数约为Iw/mk,导热硅胶垫片/硅脂约为 SW/mk,但是越靠近 LED 的 PN 结，热流密度越高，且导热硅胶片/硅脂已经有铝板横向导热均温了，这样绝缘层的热流密度要比导热硅胶垫片/硅脂的热流密度高很多，所以综上所述，可以明显看出散热瓶颈在于铝基板的绝缘层。LED 灯具散热技术既然散热瓶颈是铝基板上的绝缘层，那么，对于热电分别的LED 来说，就可以使用如下的加工工艺处理铝基板，大大增加LED 灯具散热力气：在铝基板的原 LED 底座下的位置，钻孔

20、去掉敷铜层和绝缘层，暴露出铝板，但是铝是无法直接焊锡的，还需要在暴露的铝板上镀上能够焊锡金属层经过反复的争论探讨和加工验证，承受如下 的加工工艺：首先在暴露的铝板上沉锌，再在锌面上镀镍，然后在镍上镀铜，最终在铜上喷锡或沉金承受以上加工挨次加工的镀层附着力强，导热性能好，经过以上镀层工艺后就可以 把 LED 焊接在铝板上了。的铝基板加工工艺焊接完成后，LED 的 PN 结发出的热量经过 LED 底座一锡膏焊接块一铝板一导热硅胶垫片/硅脂一散热铝型材一散发于空气中，去除了导热系数格外小的绝缘层后，大大增加了。旧工艺的 LED 灯具温度比照散热力气为了比较工艺增加散热的真实效果，我们分别使用旧加工工

21、艺制作两款一样的型号的LED 灯具，并在一样的条件测试 LED 灯具各点的温度，在的加工工艺下，LED 灯具中的 LED 底座的温度明显下降了 4.6,起到了很好的散热效果，能够大大增加 LED 灯具的稳定和寿命。众所周知，散热问题影响着 LED 灯具的发光度和寿命，假设这些热量没有适当的排放出去，LED 灯具的发光度和寿命将会急剧下降。散热问题困扰着 LED 灯具生产商，阻碍了 LED 灯具的进展，散热问题的攻克迫在眉睫。合成射流技术应运而生，是 LED 灯具散热的最正确选择。合成射流技术为全球很多大型照明公司承受，解决了目前阻碍 LED 灯具进展的散热、小型设计以及牢靠性等难题。何为合成射

22、流技术?合成射流技术是指通过隔膜的运动，引起气流在开口处的周期性吸入与放射，从而形成了射流。急速湍流空气每秒脉冲数可达 30 至 200，冲破热界面层，提高从热源(主要是 LED 散热片)出散发的大局部热量;从而排放掉大量的热。这种高速脉冲气流能准确放置于需要冷却的地方，例如散热片翼;从而进一步提高合成射流的散热效率。与传统的射流技术相比，合成射流技术散热量更多，需要的空气量更少。散热片尺寸要比原来的小三分之二，并且要轻很多;从而削减灯具的尺寸，并使得替换更加便利;同时还能维持有效的照明强度。合成射流与主动冷却相关的层流相比，散热效率要高 50%。合成射流型设计适用于任何 LED 灯具的设计：更换、室外照明、零售、工业照明等。合成射流能够以传统的鼓风机无法实现的方式使气流发生变化，从而完成独特的设计。最终，合成射流的规格耐久性高，对维持 LED 灯具的高寿命很有帮助。该模组部件移动没有任何摩擦，从而使得这种设计更牢靠、寿命更长、更抗灰尘和污染、并且无任何噪音。