一種基于LED照明燈具的散熱片設(shè)計與分析

　　散熱片表面做耐酸鋁或陽極處理可以增加熱輻射性能，從而增加散熱片的散熱效能。一般而言，外部顏色是白色或黑色關(guān)系不大。表面突起的處理可增加散熱面積，但是在自然對流的場合，反而可能阻礙空氣流動而降低效率。

　　上述設(shè)計方式僅供參考，實際散熱片設(shè)計時還需考慮與器件以及環(huán)境的配合，尤其是高效能散熱片的設(shè)計需配合實驗驗證以及計算機分析模擬。目前散熱片的設(shè)計已漸漸趨向極限，空氣冷卻的方式無法滿足大功率LED 的散熱需求，散熱片設(shè)計應(yīng)結(jié)合LED 的功率數(shù)這個特點，使得散熱的設(shè)計更為彈性及多樣化。不論如何，散熱片仍然是LED 燈具最常見的散熱方式，善用散熱片設(shè)計可改善LED 發(fā)熱狀況。

　　5 LED在散熱片表面分布的散熱分析

　　為分析LED 芯片在散熱片上熱分布情況，我們通過在一塊散熱片上放置LED 的相對位置不同，來分析對散熱的影響。實驗材料為一塊大小為200mm× 60mm× 15mm的散熱片，兩塊導(dǎo)熱墊片導(dǎo)熱系數(shù)是6.0W/m·K，面積是20mm×30mm。配有兩塊焊有LED芯片的單個鋁基PCB板（大小是15cm× 20cm，每塊PCB板焊有一顆LED芯片）。測試儀器為FLUKE溫度傳感器，實驗時環(huán)境溫度為26℃，環(huán)境相對濕度為52 %。

　　實驗過程如下：在散熱片上每隔20mm 取放置LED 芯片的位置，每塊焊有LED 芯片的PCB板與散熱片之間加導(dǎo)熱墊片。所加電源電壓6.3V，電流0.7A，功率4.41W，進(jìn)行散熱測試。表1 是所采集的數(shù)據(jù)。d 表示兩個LED 芯片之間的距離（單位是mm），t 表示LED 芯片的溫度（單位是℃，每個t 值的測試時間為4h，也就是在溫度穩(wěn)定后的數(shù)據(jù)）。

　　從表1 中可以看出，隨著兩顆LED 芯片之間距離的增加，LED 芯片的溫度逐漸降低，這種變化是比較明顯的，以溫度為縱坐標(biāo)，以兩顆LED 芯片之間的距離為橫坐標(biāo)，得出二者的散點分布圖，如圖2 所示。

　　從圖2 可以看出，二者近似形成一條曲線，應(yīng)用數(shù)理統(tǒng)計的方法可以擬合這條曲線。最終得到的數(shù)學(xué)模型是：

　　可以看出，合理選取散熱片的面積和正確擺放LED 芯片可以使散熱效果更好。如果功率和散熱片的形狀改變，那么會有以下關(guān)系式，即：

　　在（4）式中，功率不同a、b 的系數(shù)不同（也有可能是a 不同、b 相同）。實際中可以根據(jù)功率大小和散熱片大小計算出a、b 的值。

　　在給定面積的散熱片上LED芯片與LED芯片的位置盡量遠(yuǎn)一些，也就是說在設(shè)計PCB 板時，LED芯片的位置應(yīng)盡量分散，不要集中在一起。如果在燈具大小允許的情況下，PCB 板的面積也應(yīng)盡量大一些，因為一般散熱片的面積和PCB 板的面積大小差不多，這樣有助于散熱。但也不能過大，因為從上面分析中可以看出，面積大到一定程度時散熱效果就基本不變了。

　　6 結(jié)論

　　LED燈具需要使用散熱片來控制LED 芯片的溫度，尤其是結(jié)溫T，使其低于LED 芯片正常工作的安全結(jié)溫，從而提高LED 芯片的可靠性。常規(guī)散熱器趨向標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、通用化，而新產(chǎn)品則向低熱阻、多功能、體積小、質(zhì)量輕、適用于自動化生產(chǎn)與安裝等方向發(fā)展。通過LED 芯片發(fā)熱原理的分析和散熱計算，可以指導(dǎo)設(shè)計散熱方式和散熱器的選擇，保證了LED 工作在安全的溫度范圍內(nèi)，減少了質(zhì)量問題。合理選用、設(shè)計散熱器，能有效降低LED 的結(jié)溫，提高LED 的可靠性。如果LED的散熱問題得以解決，LED照明燈的優(yōu)勢就能顯示出來，也就會很快取代傳統(tǒng)光源。