随着 LED 技术的不断发展，LED 照明产品受到了越来越多的关注。与传统照明光源相比，LED 照明光源是固体冷光灯，具备使用寿命长、光效度高、无辐射、耗电量较少、抗冲击和耐震特性好、安全性较高等优点。在全世界普遍倡导绿色照明的今天，LED 作为新兴绿色照明光源得到了广泛青睐。但是，LED 照明产品在使用过程中容易出现温度过高的情况，尤其是一些大功率 LED 照明产品的发热问题严重。LED 属于高温敏感元件，如果其发热量很大、温度过高，会直接影响LED 的光照效果、光色温度等，甚至会对 LED 照明产品的正常使用产生严重影响。对此，研究人员必须加强对 LED 照明产品散热问题的研究。
散热能力是 LED 照明产品必须具备的重要性能，在实际生活中，LED 照明产品往往用于不同的环境，这也对 LED 照明产品的使用效率产生了非常大的影响。为了加强 LED 照明产品的散热能力，需要研究高温对 LED 照明产品性能的影响。
从 LED 的工作特性考虑，如果工作温度高于 LED的所能承载的最高温度，将会使 LED 的发光效能迅速下降，并形成强烈的光衰，从而导致 LED 的损坏。LED 多以透明的聚砜 / 环氧树脂封装，如果热解温度高于固相含量的转变温度（一般为 15 ℃），密封材质会向胶态转化，并且热膨胀系数会骤升，进而造成LED 的开路与损坏。
各个品牌的 LED 的光衰特性不同，LED 生产商一般会提供标准的光衰曲线[3]，作为选择 LED 产品时的依据。LED 的寿命与它的光衰密切相关，使用时间越久，LED 的光照度会越低，直至最后熄灭。一般，将 LED的光通量衰减 30% 的时间定义为 LED 的寿命。高温会造成 LED 光衰，缩短 LED 的寿命。
LED 构成材料的某些参数会随着环境温度而变化，进而引起 LED 器件参数的改变，直接影响 LED 的光输出。通常情况下，光通量随着温度的增加而减小的过程是可逆的。在环境温度返回初始温度时，光通量会有一次恢复性的增加。这是因为当温度回升至初态时，LED 元件的内部参数不再变化，LED 的光输出可以恢复至初态值。LED 的光通量有冷流明和热流明之分，分别表示在室温和某一环境温度下时 LED 的光输出。
LED 照明产品普遍存在散热问题。与之相比，虽然白炽灯和荧光灯的电能损失都很大，但这些灯具都可以通过紫外线直接照射，光源的发热很少。在 LED照明产品消耗的能源中，除了转化为可视光源的部分，其他能源都转换成了热量。
此外，LED 封装的体积较小，难以通过对流和辐照散热，因此积累了大量的热量。
LED 照明产品由许多零部件组成，各种零部件的材料不同，热胀冷缩的幅度也不相同。在热膨胀时，零部件材料会发生弯曲和龟裂，从而导致产品散热不良，严重降低 LED 产品的使用效率。
如果导体元器件的工作温度升高，电源的阻抗会减小，很容易进入“温度上升—阻抗降低—电压升高—热增强—温度上升”的恶性循环，甚至出现烧断的现象。
一般来说，LED 照明产品所用的金属材质都易于氧化，且温度越高氧化速度越快。高温氧化会缩短LED 照明产品的寿命。
针对风向对 LED 照明产品散热的影响，研究人员进行了实验。一般来说，在实景模拟环境中，风向有水平向右、竖直向上和竖直向下三种，而风速最大不会超过 1.50 m/s。在实验过程中，需要保证不同组使用的 LED 照明产品完全一致，除了风向不同，其他的所有变量必须保持不变。在实验时，要注意测量 LED 照明产品的温度，计算不同风向下 LED 照明产品的散热速度。通过实验发现，在 LED 照明产品的散热过程中，受竖直方向风的影响较大。这主要是因为竖直向下的风向与自然的空气对流方向相反，使 LED 照明产品的最高温度发生变化。
为了了解风速对 LED 照明产品散热性能的影响，研究人员也进行了实验。在实验中，需要保证外部环境一致，然后逐渐增大风速。在风向竖直向下并且风速较小时，LED 照明产品的最高温度较高；随着风速的增长，LED 照明产品的温度会逐渐下降。
设计 LED 照明产品的散热架构时，结构层数越少、层的厚度越薄、层的体积越大、材质的导热系数越大，散热性越好。此外，灯具的外形需要选择长方块或环形。LED 照明产品的散热设计必须遵循以被动式散热片为主、主动式散热片为辅的设计原则，并尽量减少或不用主动散热方式。
在封装 LED 时，不会直接连接散热片或设置电风扇，而且 LED 的电源电路板会产生大量热能，这使LED 照明产品的冷却散热成为十分棘手的问题。对此，需要合理选用散热片。散热片能够扩大 LED 照明产品表面和室内空气的相互接触面，从而提高 LED 照明产品的冷却散热效能。
通常，将散热片的外部表面加工做成鳍片。鳍片的种类很多，鳍片的数量、位置、规格、倾斜角度和厚薄等都必须根据需求认真选择。除了普通的直线形状，鳍片还有波浪形、螺旋状、长椭圆形和锥台状等形态，各种形态的制造目的都是方便室内空气对流、雨水冲洗等，以获得最佳的散热功效。
生产企业主要采用烧结和沟槽两种生产方法生产散热片，相同规格的烧结热管与沟槽热管的性能相同。其中，在烧结热管时，会使用大量铜粉作填为充物，导致热管的毛细管径很小、浸透功率较小，烧结热管的宽度增加时，热管的导热功效会减弱。因此，需要选用恰当的鳍片和热管配合使用。例如，作为非常典型的 LED 照明装置，在 LED 路灯的使用过程中会采用热管加鳍片、均温板发热管加鳍片等散热方式，以提高路灯的散热效率。
在散热片的材质中，铜的导热性能比铝好，但是铜的散热速度慢于铝，因此，可以结合铜、铝的优势，使用全新的铜铝复合散热片。在铜铝复合散热片中，铜能够迅速地将 LED 产生的高热量带给铝，然后由铝合金鳍片将高热量散发出去，从而提高散热效率。
散热片管是散热片的重要部件，其受热端刚开始受热时，管壁附近的水会瞬间汽化，形成大量水蒸气，使这部分的压强增加。水蒸气会在水压的带动下向冷却端活动，当蒸气流到达冷却末端后凝结为液态，同时释放大量热能，再通过毛细力到达蒸腾受热端，完成一个循环。
对于一些耗能大、对散热片要求较高的 LED 照明产品，可以选择金属热管作为散热片管。LED 照明产品在工作时会产生大量的热量，热量在 LED 照明产品内部传输时，会通过热沉部位直接传给金属热管。因为金属热管进行了加温，所以在热量传输的过程中不会损失热量。在热管冷凝段内部可以产生热能，这些热能可以输送到热管内部，并通过热传导效应，逐步传递到金属材料分散片。通过分散片和周边冷却空气的自然热力传播过程，热能可以从金属材料分散片上被分散出去。
在实际的散热器设计中，一般采用外置式散热器与灯壳相结合、内置式散热器与温控风扇相结合的设计方式。LED 器件产生的热量可以经密封的引线向集成电路板移动，而后经由散热片散发出去；电源电路板产生的热能可以经集成电路板周边的空气和充填物料，直接透过散热片向外界分散。为了消除传热途径中影响传热效率的因素，可以在传热途径中采用导热性能更好的材质、增加路径的断面体积，或者涂上导热润滑剂，使产品的衔接部位不留缝隙。如果冷却散热片不能向外散热，在 LED 器件内部会积聚大量热量。对此，需要采取措施优化冷却散热片的表层结构，典型的办法就是在表层多设置一些散热片，增加散热器的散热面积。
LED 产生的内部热量可以通过黏结层传输给金属电路板，再从电路板经过黏结层传输给散热片，辐射到周围环境。密封工艺、键合材料、基板材质都是LED 散热设计的重点。LED 产生的热能需要经由连接层传递至 Si 衬底，再经过 Si 衬底和黏结材质传递至金属支架底座上，该架构需要拥有良好的电工性质和热学特性。
要想提高 LED 照明产品的散热能力，就必须选择合适的键合材料，做好 LED 照明产品的基础设计。一般来说，LED 照明产品会使用粘连材料，粘连材料会受外界温度及湿度的影响。随着科学技术的不断发展，人们也对粘连材料进行了改进。在设计 LED 照明产品时，可以根据照明产品的实际情况，选择合适的键合材料，提高键合材料的导热性和导电性，简化其内部结构，提高 LED 照明产品的散热能力。
随着科学技术的发展，要想解决 LED 照明产品的散热问题，就要根据实际情况，选择合适的金属热管等建设材料。使用者在使用 LED 照明产品时，不仅要注重产品的散热性能，还要注意环境因素对 LED 照明产品散热的影响。
本文来源：光源与照明 版权归原作者所有，转载仅供学习交流，如有不适请联系我们，谢谢。
标签： LED 点击： 评论: