12w大功率LED筒燈設計畢業(yè)論文設計.doc

皖 西 學 院 本科畢業(yè)論文（設計） 論 文 題 目 12w 大功率 led 筒燈設計 姓名（學號）（2009011687） 系 別機械與電子工程學院 專 業(yè)電氣工程及其自動化 導 師 姓 名董海燕 翁志遠 二 一 三 年 六 月 i 12w12w 大功率大功率 ledled 筒燈設計筒燈設計 作 者王 指導教師董海燕 翁志遠 摘要：摘要：近年以來隨著半導體材料生長技術(shù)與器件封裝工藝的進步，大功率 led 燈的發(fā)光效率及可靠性得 到了很大的提高。但是由于 led 的外觀，驅(qū)動電路的設計，發(fā)光特性和透鏡的選擇等與傳統(tǒng)燈源不同， 使得現(xiàn)有的供電和照明系統(tǒng)無法完全適用于 led。所以如何對 led 燈進行外形，驅(qū)動電路，透鏡選擇等光 學系統(tǒng)，散熱，結(jié)構(gòu)的設計，對發(fā)揮大功率 led 燈的潛能，促進整個半導體照明產(chǎn)業(yè)的發(fā)展以及促進人 民生活質(zhì)量的提高具有不可或缺的作用。 本文首先介紹了led燈的概念，原理，實質(zhì)及照明燈具產(chǎn)業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀及意義，闡述了照明理論與燈 具設計基礎(chǔ)；針對12w大功率led筒燈驅(qū)動電路的以及其他的設計，本文采用比較，思考，分析，計算的 方法，不斷進行修改，不斷進行改進，最終在滿足12w大功率以及確定外觀，散熱，透鏡等的設計的條件 下盡可能達到經(jīng)濟簡單，為大功率led筒燈產(chǎn)業(yè)的更進一步發(fā)展，做出自己的貢獻。 關(guān)鍵字：關(guān)鍵字：大功率 led 筒燈 設計 design of 12w high power led lamp abstract:in recent years with the development of semiconductor material growth technology and device packaging technology advances, the luminous efficiency and reliability of high-power led lamp has been greatly improved. but because of the appearance led, driving circuit design, different luminescence characteristics and the selection of lens and traditional light source, the existing power supply and lighting system can not be fully applicable to the led. so how to led lamp shape, drive circuit, the selection of lens optical system, cooling, structure design, the use of high-power led lamp potential, promote the development of semiconductor lighting industry and has an important role to promote the improvement of quality of life.led downlight is embedded into the ceiling light beam lighting. this paper first introduces the concept of led lamps, the principles, development status and significance of essence and lighting industry, expounds the theory basis of lighting and lighting design; and then discusses the design idea of 12w high power led tube light, according to the 12w high power led lamp drive circuit and other design, this paper adopts comparative, thinking, analysis, continuous improvement, and ultimately to meet 12w high power as well as to determine the appearance, heat dissipation, reducing the manpower and material consumption, to make its own contribution. keywords: high power; led; lamp; design ii 目錄目錄 引 言1 1 led 的介紹 .2 1.1 led 燈的簡單概述 2 1.2 led 燈的發(fā)展史4 1.3 與傳統(tǒng)燈的差異 .4 1.4 led 燈具的結(jié)構(gòu)特征6 2 led 筒燈的設計 .7 2.1 整體外觀的設計 .7 2.2 驅(qū)動電路的設計 .8 2.2.1 傳統(tǒng) led 驅(qū)動電路8 2.2.2 led 的改進驅(qū)動電路 .10 2.2.3 電容降壓的 led 驅(qū)動電路的簡單介紹.11 2.2.4 設計的驅(qū)動電路.13 3 led 鋁基板和散熱器的設計 14 3.1 鋁基板的介紹 14 3.2 led 鋁基板的分析.15 3.3 熱分析 16 3.4 設計的鋁基板 17 3.5 散熱器的設計 19 3.5.1 散熱器的介紹.19 3.5.2 散熱器穩(wěn)態(tài)溫度場分析.19 4 led 透鏡 24 4.1 led 透鏡的材料種類.24 4.2 透鏡的應用分類 24 4.3 led 透鏡規(guī)格分類.25 4.4 led 透鏡的設計與模具加工.26 4.5 設計的透鏡 27 結(jié)論28 致謝29 參考文獻：30 皖西學院本科畢業(yè)論文（設計） 第 1 頁 引引 言言 led 日光燈作為一種光亮柔和而有效的光源在全世界很受歡迎，無論是在家居、商店、 辦公室、學校、超市、醫(yī)院、劇場，影樓，戲院還是在商業(yè)冰柜、廣告燈箱、地鐵、車站、 人行隧道、人防工程、夜市燈飾照明、公園等，只要需要照明的地方都可以見到 led 日光燈。 傳統(tǒng)的 led 日光燈其電源的利用率并不理想：附加鎮(zhèn)流器功耗較大，開啟時需要輔助高壓； 日光燈管內(nèi)置的水銀在廢棄時無法處理，成為污染環(huán)境的公害。而且日光燈管的熒光粉在充 入日光燈管過程中，含有很多量的汞(水銀)，所以日光燈管破裂后，跑出來的水銀蒸氣對人 體的危害較大。權(quán)威資料表明：汞蒸氣達 0.04 至 3 毫克時會使人在 3 至 4 月內(nèi)慢性中毒， 達 1.2 至 8.5 毫克時會誘發(fā)急性汞中毒，如若其含量達到 20 毫克，會直接導致動物的死亡。 第四代新型節(jié)能光源，led 光源誕生之時即被用來做各類燈具的發(fā)光光源。0.07w 的白光 led 草帽燈、食人魚是最早被用在 led 日光燈的發(fā)光燈條上的。 每個 led 日光燈管使用數(shù)量不等，約 290-360 顆。而且現(xiàn)在新一代的 led 日光燈發(fā)光燈 條使用從 0.06w 到 1w、顯色為純白、汗白、青白、暖白、冷白、的貼片 led 平面光源。節(jié) 能省電是 led 日光燈的最大特點。以 t8 日光燈為例，標稱 36w 的熒光日光燈(cfl)，其附加 鎮(zhèn)流器耗電 8w，工作時實際耗電 44w，照亮流明為 420lm，使用壽命 3 千小時。而同樣規(guī)格 的 led 日光燈，工作時實際耗電僅 16w，照亮流明為 550lm，使用壽命可達 3 萬小時。然而 與傳統(tǒng)的照明系統(tǒng)不同，由于傳統(tǒng)的技術(shù)還不夠成熟，目前大功率的 led 筒燈的制作數(shù)量不 是很多，特別是大功率 led 筒燈驅(qū)動電路的設計，總是很難達到既經(jīng)濟又簡單，本文中主要 闡述了大功率 led 筒燈驅(qū)動電路、外形、結(jié)構(gòu)、散熱等的設計，論述了自己的觀點，在滿足 大功率的條件下，盡量滿足經(jīng)濟簡單的要求。 皖西學院本科畢業(yè)論文（設計） 第 2 頁 1 1 ledled 的的介紹介紹 1.11.1 ledled 燈的簡單概述燈的簡單概述 led 是發(fā)光二極管（light emitting diode）英文的縮寫。是一種固態(tài)的半導體元器件， 它可以直接把電轉(zhuǎn)化為光。led 的心臟是一個半導體的晶片，晶片的一端附在一個支架上， 一端是負極，而另一端連接到電源的正極，使整個晶片被環(huán)氧樹脂封裝起來。半導體晶片由 兩部分組成，一部分是 p 型半導體，在它里面空穴占主要的地位，另一端是 n 型半導體，在 這邊主要是電子。但這兩種半導體連接起來的時候，它們之間就形成一個 p-n 結(jié)。當電流通 過導線作用到此晶片的時候，電子就會被推向 p 區(qū)，在 p 區(qū)里電子跟空穴復合，然后就以光 子的形式發(fā)出一定的能量，這就是 led 發(fā)光的原理。然而光的波長也就是光的顏色，是由形 成 p-n 結(jié)的材料所決定的。電流從 led 陽極流向陰極時，半導體晶體就發(fā)出從紫外到紅外不 同顏色的光線，光的強弱還與電流有關(guān)。它的基本結(jié)構(gòu)是一塊電致發(fā)光的半導體材料，置于 一個有引線的架子上，然后四周用環(huán)氧樹脂密封，起到保護內(nèi)部芯線的作用。 按發(fā)光管出光面特征分圓燈、方燈、矩形、面發(fā)光管、側(cè)向管、表面安裝用微型管等； 圓形燈按直徑分為 2mm、4.4mm、5mm、8mm、10mm 及 20mm 等。國外通常把 3mm 的發(fā)光二極管記作 t-1；把 5mm 的記作 t-1（3/4） ；把 4.4mm 的記作 t-1（1/4） 。 由半值角大小可以估計圓形發(fā)光強度角分布情況。從發(fā)光強度角分布圖來分有三類： （1）高指向性。一般為尖頭環(huán)氧封裝，或是帶金屬反射腔封裝，且不加散射劑。半值角更 小，具有很高的指向性，可作局部照明光源用，或與光檢出器聯(lián)用以組成自動檢測系統(tǒng)。 （2）標準型。 （3）散射型。這是視角較大的指示燈，散射劑的量較大。按發(fā)光二極管的結(jié) 構(gòu)分有全環(huán)氧包封、金屬底座環(huán)氧封裝、陶瓷底座環(huán)氧封裝及玻璃封裝等結(jié)構(gòu)。按發(fā)光強度 和工作電流分有普通亮度的 led（發(fā)光強度100mcd） ；把發(fā)光強度在 mcd 間的叫高亮度發(fā)光 二極管。一般 led 的工作電流在十幾 ma 至幾十 ma,而低電流 led 的工作電流在2ma 以下（亮 度與普通發(fā)光管相同） 。led 因其顏色不同,所以其化學成份不同。如：紅色 ：鋁-銦-鎵-磷 化物；綠色和藍色: 銦-鎵-氮化物。白色和其它色都是用 rgb 三基色按適當?shù)?0-100比例混 合而得到的。led 的制造過程有點類似于半導體,但加工的精度還不如半導體,目前成本仍然 較高。它具有耗電?。娏髦挥?0-30ma）；亮度高（發(fā)光強度可達上萬個 mcd）；體積小 （直徑最小可達1mm）；重量輕（一顆發(fā)光管僅重零點幾克）；壽命長（10萬小時）；外觀 優(yōu)美等優(yōu)點。 單個 led 的發(fā)光強度以 cd 為單位，同時配有視角參數(shù)，發(fā)光強度與 led 的色彩沒有關(guān) 系。單管的發(fā)光強度從幾個 mcd 到五千 mcd 不等。led 生產(chǎn)廠商所給出的發(fā)光強度指 led 在 皖西學院本科畢業(yè)論文（設計） 第 3 頁 20ma 電流下點亮，最佳視角上及中心位置上發(fā)光強度最大的點，封裝 led 時頂部透鏡的形 狀和 led 芯片距頂部透鏡的位置決定了 led 視角和光強分布。一般來說相同的 led 視角越大， 最大發(fā)光強度越小，但在整個立體半球面上累計的光通量不變。 當多個 led 較緊密規(guī)則排放，其發(fā)光球面相互疊加，導致整個發(fā)光平面發(fā)光強度分布比 較均勻。在計算顯示屏發(fā)光強度時，需根據(jù) led 視角和 led 的排放密度，將廠商提供的最大 點發(fā)光強度值乘以 30%-90%不等，作為單管平均發(fā)光強度。一般 led 的發(fā)光壽命很長，生產(chǎn) 廠家一般都標明為 100000 小時以上，實際還應注意 led 的亮度衰減周期，如大部分用于汽 車尾燈的 ur 紅管點亮十幾至幾十小時后，亮度就只有原來的一半了。亮度衰減周期與 led 生產(chǎn)的材料工藝有很大關(guān)系，一般在經(jīng)濟條件許可的情況下應選用亮度衰減較緩慢的四元素 led。 白色是紅綠藍三色按亮度比例混合而成，當光線中綠色的亮度為 69%,紅色的亮度為 21%,藍 色的亮度為 10%時，混色后人眼感覺到的是純白色。但 led 紅綠藍三色的色品坐標因工藝過 程等原因無法達到全色譜的效果，而控制原色包括有偏差的原色的亮度得到白色光，稱為配 色。當為全彩色 led 顯示屏進行配色前，為了達到最佳亮度和最低的成本，應盡量選擇三原 色發(fā)光強度成大致為 3:6:1 比例的 led 器件組成像素,白平衡要求三種原色在相同的調(diào)灰值 下合成的仍舊為純正的白色。 皖西學院本科畢業(yè)論文（設計） 第 4 頁 1.21.2 ledled 燈的發(fā)展史燈的發(fā)展史 隨著 led 照明燈具的逐步發(fā)展，在亮化工程輔助等公共場合，led 漸漸替代了一些傳統(tǒng) 光源產(chǎn)品。2009 年，led 開始在發(fā)達國家進入主照明普及。在電費較高，使用時間較長的商 業(yè)應用場所，led 燈具迅速成為市場的新寵。作為 led 照明燈具的用途，led 市場發(fā)展分幾 個階段。 第一階段，led 燈具實用新型階段。市場對 led 燈具產(chǎn)品有了一定的認可和接受，led 燈具的環(huán)保，體積小，高可靠性等其他特征逐漸凸顯出來。由此而開發(fā)的一系列完全有別于 傳統(tǒng)光源應用的產(chǎn)品會大行其道,照明行業(yè)會出現(xiàn)更大更廣的一個發(fā)展空間。光源不再是僅 僅起到照明作用，它的多變使得更貼切人們工作生活中的點點滴滴,個廠商拼的是設計應用 優(yōu)勢。 第二階段，led 燈具智能控制階段。隨著物聯(lián)網(wǎng)等新技術(shù)的發(fā)展，led 作為半導體產(chǎn)業(yè)， 也將搭上這趟高速列車，發(fā)揮出其高可控性特點。從家庭到辦公樓，從道路到隧道，從汽車 到步行，從輔助照明到主照明，具備智能控制的 led 照明燈具系統(tǒng)將給人類帶來更高等級的 服務。led 燈具產(chǎn)業(yè)也將由做產(chǎn)品，到設計產(chǎn)品，到提供整體解決方案的歷程。 第三階段，led 燈具替代接受階段。這一階段指的是 led 燈具在發(fā)展初期，主要體現(xiàn)出 其光效高（能耗小） ，壽命長的特點。因為售價高，所以在這一階段主要為商照市場。客戶 有一個接受的過程，首先是使用習慣和外觀上的過渡與接受，在與傳統(tǒng)光源一致的使用情況 下，led 燈具體現(xiàn)出的節(jié)電，長壽等特點使得市場容易接受它的相對高價,尤其是在商用場 合,各廠商拼的是質(zhì)量價格優(yōu)勢。 1.31.3 與傳統(tǒng)燈的與傳統(tǒng)燈的差異差異 目前，led 燈具與傳統(tǒng)光源燈具就性能、評價和設計等方面都存在著很多不同地方。 1.在 led 燈具性能評價方面。（1）色空間均勻度來評價。led 燈具的存在的不同觀察角顏 色差異。統(tǒng)光源單個發(fā)光體的特點不同，led 燈具使用的 led 燈是多個發(fā)光體組成并且發(fā)光 的，led 燈具中的發(fā)光體之間存在顏色差異性，需要使用色空間均勻度來評價 led 燈具顏色 的空間分布情況。（2）用使用壽命來評價 led 燈具的耐用性。傳統(tǒng)光源使用壽命性能的測 量和評價已經(jīng)標準化，并且具有互換性，所以傳統(tǒng)光源燈具的壽命可以通過替換損壞的光源、 以及按 10 年壽命設計燈的控制裝置來滿足所要求，所以一般不會評價傳統(tǒng)光源燈具的壽命。 皖西學院本科畢業(yè)論文（設計） 第 5 頁 led 燈具的壽命與 led 本身壽命、led 驅(qū)動器以及燈具提供給 led 的環(huán)境等很多因素都有關(guān)， 并且目前 led 燈形式較多，除了帶標準燈頭的 led 除外，其他 led 燈都不具有互換性，這樣 對不同的 led 燈具，其壽命只有通過相關(guān)的壽命評價才能最終確定。在評價 led 燈具壽命時， 不僅要聲稱光通維持壽命，而且還要聲稱失效率。傳統(tǒng)照明燈具是用燈具得效率來評價，然 而 led 燈具使用的是光效評價。不像傳統(tǒng)照明光源可單獨進行光度得測試，光度測量時也可 以使用相對的方法，由于 led 光源對溫度極其敏感，不適宜將 led 光源從燈具內(nèi)分離出來單 獨測量，所以進行光度測量時應采用絕對法對燈具整體進行光度的測試。 2.在 led 燈具設計方面。（1）光學系統(tǒng)方面。燈具中的光學系統(tǒng)可謂是燈具的靈魂，根據(jù) 選定光源特性設計符合具體照明要求的燈具光學系統(tǒng)。通常傳統(tǒng)光源燈具的光學系統(tǒng)由光源、 燈座、反射器和透光罩等各部分組成。但由于一些 led 單元具有 2 發(fā)光的光度特性，所 以燈具的光度系統(tǒng)與傳統(tǒng)光源燈也有很大的差出。具體表現(xiàn)特征如下所示：led 燈具光學系 統(tǒng)一般是由 led 芯片和透鏡組成的 led 陣列或 led 模塊，陣列有時排列在整齊的鋁基板上， 也可能是在突起的或者是凹下的成型基板上，燈具制造商可根據(jù)照明的需求，將多個 led 單 元或數(shù)十個 led 單元組合在鋁基板上，而且應注意控制組合后 led 單元光色的是否一致性， 然后考核 led 燈具的色空間均勻度。由于 led 的光電特性對 pn 結(jié)溫度的變化非常的敏感； 封裝樹脂在高溫和強光照射下也會快速得劣化；長期的光輻射會使熒光粉的光致轉(zhuǎn)換率逐漸 的下降，并會導致色坐標的偏移。（2）電氣元配件方面。led 驅(qū)動電源既是構(gòu)成 led 燈具 性能優(yōu)劣的關(guān)鍵的因素，也是燈具選擇或設計要件的因素之一。led 燈具電氣設計應考慮到 燈具使用 led 特性和數(shù)量、燈具等的安裝地點，和燈具在電網(wǎng)中的位置來考慮電氣安全、恒 流驅(qū)動、抗擾度或設計合適的 led 的驅(qū)動電源。由于 led 是 2v3v 的低電壓恒流源的驅(qū)動， 所以不像普通的白熾燈泡可以直接連接到 220v 的交流市電上，必須要設計恒流電源和控制 電路來驅(qū)動 led。此外，led 模組的電氣連接也是 led 燈具電氣系統(tǒng)的組成部分，應該充分 考慮到其安全性，應采用標準的充分絕緣、防觸電保護等措施。（3）散熱措施方面。與傳 統(tǒng)光源燈具一樣，led 燈具當然也是會發(fā)熱的，led 燈具的熱來自 led 光電轉(zhuǎn)換中的能量損 耗以及 led 驅(qū)動電源等方面。與傳統(tǒng)電光源發(fā)光原理不同，led 的發(fā)光是電致的發(fā)光，由于 轉(zhuǎn)換效率等問題，輸出的大部分能量主要是以非輻射復合發(fā)生的點陣振動的形式轉(zhuǎn)化成熱能。 而熱量在 led 內(nèi)的傳遞的方式不是輻射而是傳導。所以在 led 燈具散熱設計中主要的目標是 有效地將 led 芯片的熱量傳導出去，并有效地控制 led 燈具內(nèi) led 的溫度。對于 led 燈具， 除了 led 是發(fā)熱的元件外，led 燈具中的驅(qū)動器當然也是發(fā)熱元件，為了保證具其有與 led 光源協(xié)調(diào)的壽命，led 驅(qū)動器的熱控制也是非常重要的，如果采用內(nèi)裝驅(qū)動電源，燈具應根 據(jù)其內(nèi)環(huán)境溫度選擇標有相應溫度的驅(qū)動器。而當驅(qū)動器獨立安裝時，則應該根據(jù)安裝地可 皖西學院本科畢業(yè)論文（設計） 第 6 頁 能的環(huán)境溫度來選擇相對應的驅(qū)動器。（4）機械部件和結(jié)構(gòu)方面。機械的作用是通過結(jié)構(gòu) 設計把燈具的光學系統(tǒng)和熱系統(tǒng)的位置和相互關(guān)系最終確定來，使燈具能夠在設定的環(huán)境中 固定并安全的使用。傳統(tǒng)燈具的機械系統(tǒng)由固定光源、反射器、燈的控制裝置等各部分部件 的結(jié)構(gòu)、軟線的走線結(jié)構(gòu)、密封結(jié)構(gòu)、機械防護結(jié)構(gòu)、燈具固定結(jié)構(gòu)和燈具調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)等部分 構(gòu)成，具體的說是由燈座或光源連接器、燈座安裝支架、軟線固定架、接線端子座、外殼、 燈罩和燈具安裝架等各部分組成。由于 led 光源的特性，led 燈有封裝、模組、led 光引擎、 整體式 led 燈、非整體式 led 燈等幾種形式，除了最后兩種形式可能具有與傳統(tǒng)光源燈具 類似內(nèi)部結(jié)構(gòu)以外，其他的 led 燈不帶有標準燈。 1.41.4 ledled 燈具的結(jié)構(gòu)特征燈具的結(jié)構(gòu)特征 led 燈具中沒有燈座，而是用連接件完成 led 燈與燈具的各種連接，并采用其他的方式 將 led 燈固定到燈具的主體上。為了導出 led 芯片產(chǎn)生的熱，led 燈具有大量的散熱片，燈 具的體積和重量比傳統(tǒng)光源燈具大得多，燈具的安裝結(jié)構(gòu)也應作相應考慮，以保證安裝的安 全性和可靠性。同時散熱片應設計成容易清潔的結(jié)構(gòu)，否則，散熱片的效率會很快的降低。 另外 led 燈具與傳統(tǒng)燈最大的區(qū)別體現(xiàn)在它的功耗上：它的最大功耗才 10 瓦,長度 1.2 米, 是普通光管 40 瓦的前身;其次的功耗是 7.5 瓦,長度 0.9 米,是普通光管 30 瓦的前身;最小的 功耗是 5 瓦,長度 0.6 米,是普通光管 20 瓦的前身。外殼采用高級塑料精工制作而成、耐用、 耐摔.內(nèi)部采用世界最先進的高科技二極管芯片發(fā)光材料，使產(chǎn)品亮度達到一流要求，又采 用與傳統(tǒng)日光燈相反的降壓技術(shù)與節(jié)能技術(shù)完美相結(jié)合,使功耗和溫度降到最低，節(jié)能達到 極限，它的問世將是世界照明史上又一次重大的突破與變革，將訊速淘汰原來的白熾燈和傳 統(tǒng)日光燈。 點亮無延遲，響應時間更快，傳統(tǒng)玻殼燈泡則有 0.3 秒的延遲，防止追尾更強的抗震性 能發(fā)，光純度高，無需燈罩濾光，光波長誤差在 10 納米以內(nèi)。發(fā)光熱量很小，對燈具材料 的耐熱性要求不是很高光束集中，更易于控制，且不需要用反射器聚光，有利于減小燈具的 深度耗電量低，達到傳統(tǒng)燈泡同等的發(fā)光亮度時，耗電量僅為傳統(tǒng)燈泡的 6%，省電。超長 壽命，無燈絲結(jié)構(gòu)不發(fā)熱，正常使用在 6 年以上，控制電路不易氧化。高節(jié)能比：采用精準 的二次配光技術(shù)，根據(jù)你的照明要求，選擇不同配光方式，讓每一絲光線打在一需要的地方。 產(chǎn)品靈活：產(chǎn)品模組化科自由拆卸，根據(jù)不同需要選擇功率范圍。產(chǎn)品可靠性高質(zhì)量的 led 芯片：全部采用進口優(yōu)質(zhì)芯片，主要來源于 ckee，philips，臺灣晶元。無螺絲結(jié)合的散熱 系統(tǒng)，在穩(wěn)定產(chǎn)品性能的同時，極大的保證產(chǎn)品壽命，產(chǎn)品壽命達 50000 小時。優(yōu)質(zhì)的部件 材料：采用抗老化部件材料，以提升產(chǎn)品的整體壽命。 皖西學院本科畢業(yè)論文（設計） 第 7 頁 2 2 ledled 筒燈的設計筒燈的設計 2.12.1 整體外觀的設計整體外觀的設計 圖 2-1 整體外觀設計圖 隨著大功率高亮度白光led的發(fā)展，led的應用已經(jīng)從早年的指示、顯示和室外景觀裝飾 走向室內(nèi)普通照明時代。目前，室內(nèi)白光照明主要通過多顆13w的白光led芯片組合成超大 功率led陣列來實現(xiàn)。在當前技術(shù)水平下，大功率led工作過程中只有10%20%的電能轉(zhuǎn)化為 光能。例如，若led輸入功率為2.5w，芯片面積為1mm1mm，按照80%的電能轉(zhuǎn)化為熱能，則 有2w左右的電能轉(zhuǎn)化成熱量，其芯片熱流密度達到了200w/ cm2。如此高的熱流密度，如不 采取有效的散熱措施，會導致芯片溫度升高，發(fā)光效率降低，以及波長漂移，顯色指數(shù)下降 等一系列后果，進而縮短led的正常工作壽命。因此，對大功率led燈具的散熱優(yōu)化具有重要 的實際應用意義。所以對大功率led燈具的散熱分析與設計已成為led燈具封裝的關(guān)鍵技術(shù)之 一由于led燈具在工作時，各材料間會形成溫度梯度，從而形成熱應力和材料失配，此外， 根據(jù)溫度分布可以合理設置芯片排放位置、選擇材料、優(yōu)化各部件尺寸等。在此設計了12w 大功率led筒燈的封裝結(jié)構(gòu)。然后計算分析了此燈具的溫度場分布，并通過實驗進行驗證， 在與實驗結(jié)果吻合的基礎(chǔ)上，結(jié)合各構(gòu)件溫度場分布與傳熱學理論，分析了led散熱的主要 皖西學院本科畢業(yè)論文（設計） 第 8 頁 因素，并揭示出了一種新型實際可行的封裝結(jié)構(gòu)，最終制作出此種外觀結(jié)構(gòu)。優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡 單，外觀較美，視覺效果較好，散熱效果較優(yōu)。 2.22.2 驅(qū)動電路的設計驅(qū)動電路的設計 2.2.12.2.1 傳統(tǒng)傳統(tǒng) ledled 驅(qū)動電路驅(qū)動電路 圖 2-2 傳統(tǒng)的電路 led驅(qū)動電路除了要滿足安全的要求以外，另外的基本功能應有兩個方面，一個是盡可 能保持恒流的特性，尤其是當電源電壓發(fā)生5的變動時，則仍應能保持輸出電流在 10的范圍內(nèi)變動。第二是驅(qū)動電路自身應保持較低的功率損耗，這樣才能夠使led的系 統(tǒng)效率保持在很高的水平。傳統(tǒng)的低效率電路：圖2-2所示是傳統(tǒng)的電路。電阻r的存在是必 須的，r上的有功損耗直接影響了系統(tǒng)的效率，當r分壓較小時，r的壓降占總輸出電壓的 40，輸出電路在r上的有功損耗已經(jīng)占40，再加上變壓器損耗，系統(tǒng)效率小于50。當 電源電壓在10的范圍內(nèi)變動時，流過led的電流變化將25，led上的功率變化將達到 30。當r分壓較大時，在電源電壓在10的范圍內(nèi)變動時，雖說能使輸出到led的功率變 化減少，但系統(tǒng)效率將更低。 皖西學院本科畢業(yè)論文（設計） 第 9 頁 工作原理：220v交流電源首先通過降壓變壓器降壓，降到36v交流電，再到橋式整流電 路整流經(jīng)過電容進行濾波后，通過限流電阻來驅(qū)動12個led穩(wěn)定工作，這是電容濾波的單相 不可控整流電路?？蛰d時，r趨向于無窮大，放電時間常數(shù)也為無窮大，輸出電壓 =。重載時，r很小，電容放電很快，幾乎失去貯能作用，隨負載加重逐漸趨向于 d u 2 2u d u 0.9，即趨向于接近電阻負載時的特性。通常再設計時根據(jù)負載的情況選擇電容c值，使 2 u rct，t為交流電源的周期，此時輸出電壓為1.2。這里二極管屬性選為 2 53 d u 2 u 40v,1.5a,電容屬性為1500uf,led燈的額定電壓為3.6v，額定電流為360ma,限流電阻的阻值 為20歐姆，當選取以上規(guī)格的元器件時，通過每個led燈的電流為350ma，每個led燈的電壓 為3.0v,則每個led燈的功率為1.05w,12個led燈再串聯(lián)起來，功率達到12w,符合12w大功率 led筒燈的要求。但這種電路的缺點是：此驅(qū)動電路沒有恒流源的控制，經(jīng)過整流濾波后， 得到的電壓不穩(wěn)定，造成led燈的超載，導致輸出的功率達不到理想的狀態(tài)，達不到預期的 效果。 皖西學院本科畢業(yè)論文（設計） 第 10 頁 2.2.22.2.2 ledled 的改進驅(qū)動電路的改進驅(qū)動電路 圖 2-3 是在圖 2-2 的基礎(chǔ)上加了一個集成穩(wěn)壓元件 mc7809，使輸出端的電壓基本穩(wěn)定， 不會因為電源電壓的不穩(wěn)定造成 led 的超載。 圖 2-3 改進的電路 但是此電路雖然保證了 led 的基本恒定的輸出，但效率還是很低的。因為 mc7809 和 r1 上的壓降占很大比例，且輸出的電壓不能夠驅(qū)動 led 進行大功率輸出，其效率僅為 40左 右。而且上述這類電路的應用，根據(jù)系統(tǒng)總的每瓦輸出流明的大小來看，此筒燈是根本不能 稱為節(jié)能的照明產(chǎn)品的。為了能夠達到 led 既能穩(wěn)定工作，又能保持高的效率的狀態(tài)，應采 用低功耗的限流元件和輸出大功率的電路來提高系統(tǒng)的效率。 皖西學院本科畢業(yè)論文（設計） 第 11 頁 2.2.32.2.3 電容降壓的電容降壓的 ledled 驅(qū)動電路的簡單介紹驅(qū)動電路的簡單介紹 電容降壓的工作原理并不是很復雜。它的工作原理就是利用電容在一定的交流信號頻率 下產(chǎn)生的容抗來限制最大工作電流。比如，在 50hz 的工頻條件下，一個 1uf 的電容所產(chǎn)生 的容抗大約為 3180 歐姆。當 220v 的交流電壓加在電容器的兩端時，那么流過電容的最大電 流大約為 70ma。雖然流過電容的電流大約有 70ma，但在電容器上并不產(chǎn)生功率損耗，應該 說如果電容是一個理想電容，那么流過電容的電流可以稱為是虛部電流，它所作的功率也為 無功功率。根據(jù)電容器這個特點，我們?nèi)绻谝粋€ 1uf 的電容器上再串聯(lián)一個阻性元件，那 么阻性元件兩端所得到的電壓以及它所產(chǎn)生的功率損耗完全取決于這個阻性元件的規(guī)格。例 如，我們?nèi)绻麑⒁粋€ 110v/8w 的燈泡與一個 1uf 的電容串聯(lián)，在接到 220v/50hz 的交流電壓 上，燈泡被點亮，發(fā)出正常的亮度而不會被燒毀。因為 110v/8w 的燈泡所需的電流 8w/110v=72ma，而它與 1uf 電容所產(chǎn)生的限流特性很吻合。 同樣，例如：我們將 5w/65v 的燈泡與 1uf 電容串聯(lián)接到 220v/50hz 的交流電源上，燈 泡同樣能夠被點亮，而不會被燒毀，因為 5w/65v 的燈泡的工作電流也大約為 70ma。因此， 電容降壓實際上說白了就是利用容抗來限制電流。而電容器實際上起到一個限制電流和動態(tài) 分配電容器和負載兩端電壓的一個角色。采用電容降壓電路是一種常見的小電流電源電路， 由于其具有體積小成本低電流相對恒定等優(yōu)點，也常應用于 led 的驅(qū)動電路中。 圖 2-4 為一個實際的采用電容降壓的 led 驅(qū)動電路：請注意，大部分應用電路中沒有連 接壓敏電阻或瞬變電壓抑制晶體管，建議連接上，因壓敏電阻或瞬變電壓抑制晶體管能在電 壓突變瞬間( 如雷電大用電設備起動等 )有效地將突變電流泄放，從而保護二級關(guān)和其它 晶體管，它們的響應時間一般在微毫秒級 。 皖西學院本科畢業(yè)論文（設計） 第 12 頁 圖 2-4 電容降壓驅(qū)動電路 電阻 r1 為泄放電阻，其作用為：當正弦波在最大峰值時刻被切斷時，電容 c1 上的殘存 電荷無法釋放，會長久存在，在維修時如果人體接觸到 c1 的金屬部分，有強烈的觸電可能， 而電阻 r1 的存在，能將殘存的電荷泄放掉，從而保證人機安全。泄放電阻的阻值與電容的 大小有關(guān)，一般電容的容量越大，殘存的電荷就越多，泄放電阻就阻值就要選小些。d1-d4 的作用是整流，其作用是將交流電整流為脈動直流電壓。c2c3 的作用為濾波，其作用是 將整流后的脈動直流電壓濾波成平穩(wěn)直流電壓壓敏電阻( 或瞬變電壓抑制晶體管 )的作用是 將輸入電源中瞬間的脈沖高壓電壓對地泄放掉，從而保護 led 不被瞬間高壓擊穿。led 串聯(lián) 的數(shù)量視其正向?qū)妷? vf )而定，在 220v ac 電路中，最多可以達到 80 個左右。組件 選擇：電容的耐壓一般要求大于輸入電源電壓的峰值，在 220v,50hz 的交流電路中時，可以 選擇耐壓為 400 伏以上的滌綸電容或紙介質(zhì)電容。d1-d4 可以選擇 in4007。濾波電容 c2c3 的耐壓根據(jù)負載電壓而定，一般為負載電壓的 1.2 倍，其電容容量視負載電流的大 小而定。 皖西學院本科畢業(yè)論文（設計） 第 13 頁 2.2.42.2.4 設計的驅(qū)動電路設計的驅(qū)動電路 圖 2-5 采用的驅(qū)動電路 圖 2-5 是采用集成恒流源 nud4001 的 led 驅(qū)動電路，這一電路的顯著特點是當電源電壓 在5的范圍內(nèi)變動時，輸出波動1，可稱為恒功率驅(qū)動電路，而且這一驅(qū)動 電路可 皖西學院本科畢業(yè)論文（設計） 第 14 頁 在串聯(lián)分壓下工作，所以可保證在幾乎恒功率輸出的情況下，保持系統(tǒng)效率達 70左右。 這一驅(qū)動電路的輸入電源可采用工頻交流，但最好的是采用電子變壓器進行前級變壓，這樣 能保證諧波和電源端子干擾都符合標準的要求。此驅(qū)動電路的原理與以上傳統(tǒng)的驅(qū)動電路原 理相同，但也是在其基礎(chǔ)之上加了集成穩(wěn)壓元件 nud4001 和額定電壓為 45v，額定電流為 1.5a 的二極管。不像 mc7809，此成穩(wěn)壓元件損耗很小，該驅(qū)動電路既能保證 led 電壓的基 本恒定的輸出，又能滿足 12w 大功率的輸出，能夠驅(qū)動 12 個 led 燈的發(fā)光，能保持高的效 率的狀態(tài)。并且根據(jù)系統(tǒng)總的每瓦輸出流明的大小來看，此 12w led 筒燈能夠被稱為節(jié)能的 照明產(chǎn)品。 3 3 ledled 鋁基板鋁基板和散熱器的設計和散熱器的設計 3.13.1 鋁基板的介紹鋁基板的介紹 鋁基覆銅板是順應電子產(chǎn)品發(fā)展而誕生的,在 1969 年日本三洋公司首先發(fā)明了鋁基覆銅 板制造技術(shù),到 1974 年開始應用于 stk 系列功率放大混合集成電路。隨后在應用領(lǐng)域和用量 都不斷擴大,尤其是世界發(fā)達國家其產(chǎn)量迅速增長。如日本鋁基覆銅板產(chǎn)量 1991 年 25 億日 元,到 1996 年達到 60 億日元,估計 2001 年將達到 80 億日元。我國鋁基覆銅板的研制開發(fā)由 國營 704 廠始于 1988 年,于 1990 年完成通用型鋁基覆銅板的廠級設計定型,建立國內(nèi)第一條 鋁基覆銅板生產(chǎn)線并投產(chǎn)。經(jīng)產(chǎn)品性能提升和產(chǎn)品系列化,到 1996 年完成部級設計定型。目 前國營 704 廠有通用型、高導熱型、高頻型和高熱型系列化鋁基覆銅板?，F(xiàn)產(chǎn)量達到 5000- 8000 /年,還在新建生產(chǎn)線,完成后預計總產(chǎn)量達 1 萬/年。鋁基覆銅板的結(jié)構(gòu)和性能 2 m 2 m 特點： 鋁基覆銅板是由鋁板、環(huán)氧樹脂或環(huán)氧玻璃布粘結(jié)片、銅箔三者經(jīng)熱壓而成。鋁板厚度通常 是 0.8mm -3.0mm,按用途不同選擇。鋁基覆銅板具有優(yōu)良的熱耗散性、尺寸穩(wěn)定性、電磁屏 蔽性和機械強度等。 根據(jù)結(jié)構(gòu)差異和性能特征, 鋁基覆銅板分為三類:（1）通用型鋁基覆銅板,其絕緣層由 環(huán)氧玻璃布粘結(jié)片構(gòu)成。 （2）高散熱鋁基覆銅板,其絕緣層由高導熱的環(huán)氧樹脂或其它樹脂 構(gòu)成。 （3）高頻電路用鋁基覆銅板,其絕緣層由聚烯烴樹脂或聚酰亞胺樹脂玻璃布粘結(jié)片構(gòu) 成。 鋁基覆銅板與常規(guī) fr-4 覆銅板最大差異在于散熱性，鋁基覆銅板的技術(shù)要求與檢驗方 皖西學院本科畢業(yè)論文（設計） 第 15 頁 法：到目前為止,尚未見國際上有鋁基覆銅板標準。我國由 704 廠負責起草了電子行業(yè)軍用 標準阻燃型鋁基覆銅層壓板規(guī)范 。主要技術(shù)要求有：尺寸要求,包括板面尺寸和偏差、厚 度及偏差、垂直度和翹曲度；外觀,包括裂紋、劃痕、毛刺和分層、鉛氧化膜等要求；性能 方面,包括剝離強度,表面電阻率,最小擊穿電壓,介電常數(shù),燃燒性和熱阻等要求。 在上述規(guī)范中制定了兩項鋁基覆銅板的專用檢測方法。 其一是介電常數(shù)及介質(zhì)損耗因 數(shù)測量方法,為變 q 值串聯(lián)諧振法,將試樣與調(diào)諧電容串聯(lián)接入高頻電路,測量串聯(lián)回路的 q 值的原理。其二是熱阻測量方法,以不同測溫點之間溫差與導熱量之比來計算。鋁基覆銅板 的應用領(lǐng)域有：工業(yè)電源設備,如大功率晶體管、固態(tài)繼電器、脈沖電機驅(qū)動器等； 汽車, 如點火器、電源控制器、交流變換器等；電源,如穩(wěn)壓器和開關(guān)調(diào)節(jié)器； 磁帶錄像機和聲頻 設備,如電機驅(qū)動器、信號分離器、放大器等；辦公自動化設備,如打印機驅(qū)動器、大顯示器 基板、熱打印頭； 計算機,如 cpu 板、電源裝置； 其它還有半導體絕緣導熱板,電阻器陣列,熱 接收器和日光電池基板等。 3.23.2 ledled 鋁基板的鋁基板的分析分析 led 鋁基板也就是 pcb，也是印刷線路板的意思，但只是線路板所用的材料是鋁合金， 以前我們一般的線路板的材料主要是玻纖，但因為 led 發(fā)熱較大，所以 led 燈具用的線路板 一般主要是鋁基板，因為導熱比較快，其他設備或電器類用的線路板但還是玻纖板。鋁基板 是一種能夠擁有良好散熱功能的金屬基覆銅板，一般的單面板主要由三層結(jié)構(gòu)所組成，分別 是絕緣層、電路層和金屬基層。用于高端使用時的也有設計為雙面板，結(jié)構(gòu)為電路層、絕緣 層、絕緣層、電路層。但很少數(shù)應用的是多層板，其可以由普通的多層板與絕緣層貼合而形 成。鋁基板是由電路層、導熱絕緣層和金屬基層三個組成。電路層要求要具有很大的載流能 力，所以要使用較厚的銅箔，厚度一般37um-280um；導熱絕緣層是 pcb 鋁基板核心技術(shù)之中 心，它一般是由各種陶瓷填充的特殊的聚合物構(gòu)成的，熱阻比較小，粘彈性能較優(yōu)良，具有 抗熱抗老化的能力，也能夠承受機械及各種熱應力。led-0601、ims-h01、ims-h02等高性能 pcb 鋁基板的導熱絕緣層也正是由于使用了這種技術(shù)，才使其具有極為優(yōu)良的導熱性能和高 強度的電氣絕緣性能；然而金屬基層是鋁基板的主要支撐構(gòu)件，要求其具有高導熱性，一般 是鋁板，當然也可是用銅板（因為銅板是能夠提供更好的導熱性） ，適合于鉆孔、沖剪及切 割等各種規(guī)格的機械加工。工藝要求有：鍍金、噴錫、抗氧化、無鉛制作過程等。 皖西學院本科畢業(yè)論文（設計） 第 16 頁 圖 3-1 鋁基板 鋁基板產(chǎn)品的特征：絕緣層較薄，熱阻很?。粺o磁性；散熱良好；機械強度很高產(chǎn)品的 標準厚度：0.8、1.0、1.2、2.0、2.5、3.0mm ；銅箔的厚度：1.8um 35um 70um 140um 特 點：具有散熱性、電磁屏蔽性，機械強度較高，加工性能很優(yōu)良。用途：led 主要專用與功 率混合驅(qū)動電路。 鋁基板是承載 led 及器件熱傳導，散熱還主要是取決于面積的大小，集中導熱當然也可 以選擇較高導熱系數(shù)的材料。雖然價格相差較大，但 led 使用的電壓不是很高，在選擇 1mil 厚度時絕緣層耐壓大于 2000v 即可。 led 線路得設計是為了更好的解決散熱的問題，led 和有些大功率驅(qū)動電路需要用到鋁 基線路板。元器件表面貼裝在電路層，器件運行時所產(chǎn)生的熱量通過絕緣層快速傳導到金屬 基層，然后由金屬基層將熱量傳遞出去，從而實現(xiàn)對器件的散熱。 3.33.3 熱分析熱分析 高溫對產(chǎn)品的影響：元器件遭到損壞；絕緣性能會退化；材料的熱老化；低熔點的焊 縫開裂、焊點的脫落的等。阻值精度，穩(wěn)定性，電感量等參數(shù)高低溫變化都很大，具體產(chǎn)品 都有指標，比如電阻有 ppm 標志，即每升高一度阻值變化百萬分之多少，保護老化有 ip 等 級標志，比如 ip54。ip 防護等級的意思.有部份防塵作用,但不得因落入之灰塵影響正常功 能或降低產(chǎn)品之安全，對準外殼任意方向以水噴灑時,不得造成有害現(xiàn)象。同樣產(chǎn)品不同材 料參數(shù)穩(wěn)定性不一樣，所以軍品電子元件比民用品，工業(yè)品貴很多倍。 溫度對元器件影響：一般來說，溫度升高時電阻的阻值會降低；高溫會降低電容器的使 用壽命；高溫也會使變壓器絕緣材料的性能下降，一般變壓器的允許溫度要低于 95 攝氏度； 溫度過高也會造成焊點結(jié)構(gòu)的變化imc 增厚，焊點的變脆，機械強度的降低；結(jié)溫的升高 皖西學院本科畢業(yè)論文（設計） 第 17 頁 還會使晶體管的電流放大倍數(shù)的迅速增加，導致發(fā)射極極的電流增加，又會使結(jié)溫進一步提 高，最終導致組件的失效。功率器件的結(jié)溫是由功率器件的耗散功率、環(huán)境溫度以及散熱情 況所決定的，而功率器件結(jié)溫對其工作參數(shù)及可靠性有很大的影響。功率器件的電流放大倍 數(shù)隨結(jié)溫的升高而增大，這將引起工作點的漂移，增益不穩(wěn)定，可能造成多級放大器自激或 振蕩器頻率不穩(wěn)定等不良后果，即使采用各種補救措施，其影響也不能完全消除。因此溫度 的變化是使設備性能不穩(wěn)定的因素之一功率器件的熱擊穿。控制產(chǎn)品內(nèi)部所有電子元器件的 溫度，使其在所處的工作環(huán)境條件下不超過標準及規(guī)范所規(guī)定的最高溫度。最高允許溫度的 計算應以元器件的應力分析為基礎(chǔ)，并且與產(chǎn)品的可靠性要求以及分配給每一個元器件的失 效率相一致。溫度對電阻和電容類器件的影響 溫度的升高導致電阻的使用功率下降臨近夏 天溫度越來越高，部分設備出現(xiàn)溫度升高，在電氣設備正常運行中，存在較大安全隱患，電 氣設備在運行中如果溫升或溫度超過允許極限值時能產(chǎn)生電氣設備故障。針對溫度對電氣設 備的影響，主要有以下幾方面： （1）對金屬材料的影響。溫度升高，金屬材料軟化，機械強度將明顯下降。例如，銅金 屬材料長期工作溫度超過 200時，機械強度明顯下降；短時工作溫度超過 300時，機械 強度也明顯下降，鋁金屬材料的機械強度也與溫度密切相關(guān)。通常，鋁的長期工作溫度不宜 超過 90，短時工作溫度不宜超過 120。 （2）對電接觸的影響。電接觸不良是導致許多電氣設備故障的重要原因，而電接觸部分 的溫度對電接觸的良好性影響極大。溫度過高，電接觸兩導體表面會劇烈氧化，接觸電阻明 顯增加，造成導體及其附件(零部件)溫度升高，甚至可能使觸頭發(fā)生熔焊。由彈簧壓緊的觸 頭，在溫度升高后，彈簧壓力降低，電接觸的穩(wěn)定性更差，更容易造成電氣故障。 （3）對絕緣材料的影響。溫度過高，有機絕緣材料將會變脆老化，絕緣性能下降，甚至 擊穿，材料的使用壽命也將縮短。例如，a 級絕緣材料在一定溫度范圍內(nèi)，每增加 810， 材料的使用壽命約縮短 50。溫度過高，對無機絕緣材料的絕緣性能也有明顯影響。高溫 是許多電子元器件的大敵，如高溫可使半導體元件熱擊穿，因為溫度升高，電子激活程度加 劇，使本來不導電的半導體層導通；高溫使電子元器件的性能變劣，如在偏高酌溫度下，電 子元件的反向?qū)щ婋娏髟黾?，放大倍?shù)減小等。 3.43.4 設計的鋁基板設計的鋁基板 圖 3-2 為本次鋁基板的設計圖。 皖西學院本科畢業(yè)論文（設計） 第 18 頁 圖 3-2 設計的鋁基板 工作原理：功率器件表面貼裝在電路層，器件運行所產(chǎn)生的熱量通過絕緣層快速傳導到 金屬基層，然后由金屬基層將熱量傳遞出去，從而實現(xiàn)對器件的散熱與傳統(tǒng)的相比，鋁基板 能夠?qū)嶙杞抵磷畹?，使鋁基板具有極好的熱傳導性能；與厚膜陶瓷電路比，它的機械性能 又極為優(yōu)良。導熱性能十分優(yōu)異、單面縛銅、器件只能擱置在縛銅面、不能開電器連線孔所 以不能遵照單面板那樣擱置跳線。鋁基板上個別都擱置貼片器件，開關(guān)管，輸入整流管通過 基板把熱量傳導進來，熱阻很低，可獲得較高牢靠性。變壓器采取立體貼片構(gòu)造，也可通過 基板散熱，其溫升比慣例要低，同樣規(guī)格變壓器采取鋁基板構(gòu)造可得到較大的輸入功率。鋁 基板跳線能夠采取搭橋的方法解決。鋁基板電源個別由由兩塊印制板組成，另外一塊板放置 控制電路，兩塊板之間通過物理銜接分解一體。因為鋁基板優(yōu)異的導熱性，在小量手工焊接 時對比艱難，焊料冷卻過快，輕易涌現(xiàn)問題現(xiàn)有一個簡樸適用的方法，將一個燙衣服的普通 電熨斗（最好有調(diào)溫功用） ，翻過去，熨燙面向上，固定好，溫度調(diào)到150左右，把鋁基板 放在熨斗上面，加溫一段時光，而后遵照慣例方法將元件貼上并焊接，熨斗溫度以器件易于 焊接為宜，鋁基板銅皮剝離，溫度太低焊接后果不好，要靈巧控制，無需散熱器，體積大大 減少、散熱后果極好，良好的絕緣性能和機械性能。優(yōu)點：散熱較好；機械強度較高；熱阻 較小；外形美觀。 皖西學院本科畢業(yè)論文（設計） 第 19 頁 3.53.5 散熱器的設計散熱器的設計 3.5.13.5.1 散熱器的介紹散熱器的介紹 散熱器是 led 燈具很關(guān)鍵的一個部件，它的形狀、體積、散熱表面積都要設計得恰到好 處，散熱器太小，led 燈工作溫度太高，影響發(fā)光效率和壽命，散熱器太大，則消耗材料多 增加產(chǎn)品成本和重量，使產(chǎn)品競爭力下降。設計合適的 led 燈散熱器至關(guān)重要。散熱器的設 計有以下幾個部分： （1）明確 led 燈需要散熱的功率。 （2）設計散熱器用的一些參數(shù)：金屬的比熱，金屬的導熱系數(shù)，芯片熱阻、散熱器熱阻、 周圍環(huán)境空氣熱阻等。 （3）確定采用散的類型，(自然對流散熱、強風冷卻、熱管散熱，以及其它的散熱方式。從 造價比較：自然對流散熱造價最低，強風冷卻中等，熱管散熱造價較高，噴氣致冷造價最高。 （4）確定 led 燈具許可的最高工作溫度(環(huán)境溫度加燈具許可溫升)。 （5）計算散熱器的體積、散熱面積，并確定散熱器的形狀。 （6）將散熱器與 led 燈組合成完整燈具，并通電工作八小時以上，在室溫 39-40的環(huán) 境下檢查燈具的溫度，看是否滿足散熱要求，以檢驗計算是否正確，如不滿足使用條件，則 皖西學院本科畢業(yè)論文（設計） 第 20 頁 要重新計