LED路燈散熱結(jié)構(gòu)分析

1、LED路燈散熱結(jié)構(gòu)分析拜讀了秦博核芯科技秦先生的LED照明燈模塊標準化的科學(xué)之路一文，深受啟發(fā)，LED燈具散熱問題的確是業(yè)界的一大困擾，但是我們應(yīng)該對待散熱問題像庖丁解牛一樣，充分的、一點一點的進行分析并加以認識，不能以點代面的來分析和解決。我非常贊同秦先生對東芝和夏普LED燈結(jié)構(gòu)的否定，本人也-認為大廠是在制造一些噱頭拉動LED應(yīng)用產(chǎn)業(yè)走向錯誤的方向。但也不能全盤否定，這種散熱結(jié)構(gòu)如果采用新型的散熱材料也是可以達到散熱目的的，高昂的價格是阻礙其推廣的重要因素。散熱的途徑分為傳導(dǎo)、對流和輻射三種方式，其中傳導(dǎo)效果最佳，對流次之，輻射較差，這是我們所熟知的。在我們設(shè)計LED燈具散熱結(jié)構(gòu)的時候，首

2、先要考慮的是LED燈具的使用環(huán)境，然后在這三種散熱方式中尋找出適應(yīng)于使用環(huán)境的最佳散熱方式，也就是要根據(jù)環(huán)境因素考慮三種散熱方式中哪一種或者哪幾種散熱方式是主要的，以確定燈具的散熱結(jié)構(gòu)。只有這樣，我們才能設(shè)計出一款好的LED燈具，這是設(shè)計LED燈具散熱結(jié)構(gòu)所需的前提條件。但這也是很多人所遺忘和忽視的。他們一味的增加散熱面積，不斷的設(shè)計出很有特色的散熱結(jié)構(gòu)外型，以吸引人們的眼球。這個問題在我們LED產(chǎn)業(yè)界是普遍存在的問題，是我們產(chǎn)業(yè)發(fā)展的誤區(qū)，是缺少真正的LED產(chǎn)業(yè)專家的標志。目前LED燈具結(jié)構(gòu)千變?nèi)f化、形態(tài)各異，我不能一一舉例來剖析，下面以LED路燈作為一個案例來分析其散熱結(jié)構(gòu)的優(yōu)缺點。LED

3、路燈使用的環(huán)境：1、無遮攔的戶外環(huán)境;2、8-12米高的燈桿上;3、在繁華的馬路上。首先在“無遮攔的戶外環(huán)境”這個條件，說明LED路燈燈具使用場所沒有防雨、防塵、防破壞等外部工程，因此要求LED路燈本身必須具備這些功能。第二，“8-12米高的燈桿上”，說明LED路燈在外型、重量，甚至體積的設(shè)計時應(yīng)有所考慮，外型新穎、重量輕、體積小的LED路燈將有很大的競爭力。第三，“在繁華的馬路上”，說明LED路燈的使用環(huán)境污染狀況較為惡劣，在設(shè)計時要充分的考慮其積塵(LED路燈屬于一種電子產(chǎn)品，由于靜電的作用，會在表面吸附微小的灰塵顆粒，形成電子灰塵覆蓋，降低散熱效果)效應(yīng)和抗腐蝕能力。在LED路燈設(shè)計時，

4、一定要充分的思考這三個問題，盡可能的在完善LED路燈功能的同時，避免由于環(huán)境條件所導(dǎo)致的設(shè)計缺陷使導(dǎo)致產(chǎn)品失效。這就是LED路燈散熱結(jié)構(gòu)設(shè)計的關(guān)鍵所在。我們著重分析一下道路的客觀環(huán)境，以利于我們分析LED路燈的散熱設(shè)計。在分析之前，我們需要強調(diào)的是在室外環(huán)境中，燈具的散熱主要依靠熱對流和熱輻射兩種方式;在沒有主動散熱措施時，主要依據(jù)是對流，即熱空氣上升，冷空氣下降的熱力學(xué)原理;熱輻射主要依據(jù)高溫物體以紅外線的方式向外輻射能量。讓我們分析一下當車行駛時，汽車經(jīng)過的空間形成空氣擾動，這就是我們在車上感覺風往后吹，而站在路邊的人在車經(jīng)過后感覺風順著汽車方向吹(見圖1)。圖1 (箭頭方向為空氣流動方向

5、)詳細的空氣動力學(xué)原理這里不再探討。我們會看到車前部的空氣，由于車往前行駛，使之往后流動(這就是人在車上感覺風往后吹的道理);也有部分空氣，是往上壓縮的，也就是說是空氣是往上流動的，這部分空氣就帶起了路面的灰塵(這是對LED路燈造成影響的最主要的因素);在車后部，由于形成的密度極低的空間，使之周圍空氣迅速的補充進來(這是在路邊人感覺風往車的方向的原因)。通過汽車經(jīng)過對空氣的擾動示意圖，我們明白了車對道路上空氣的影響，我們再來有針對性的分析LED路燈的散熱結(jié)構(gòu)設(shè)計(見圖2)。圖2圖2這種結(jié)構(gòu)，在室內(nèi)環(huán)境及干凈的環(huán)境中這種設(shè)計是能夠達到理想的散熱效果的，表面的翼狀凸起增大了散熱面積，從散熱原理上來

6、講，增大了熱輻射和熱對流的面積，強化了燈具的散熱效能，使燈具能夠達到散熱效果(見圖3)。圖3 燈具表面熱輻射和熱對流示意圖，細線為熱輻射，粗線為熱對流但是在道路這種條件惡劣的環(huán)境中這種設(shè)計是完全不能適應(yīng)的(見圖4)，這是汽車經(jīng)過時空氣流動示意圖。圖4 空氣流動示意圖(箭頭方向為空氣流動方向)通過這圖4，我們就能夠形象的看出，被汽車揚起的灰塵由于重力的作用就會沉積在散熱片的表面，由于灰塵在燈具表面起到阻熱作用，從而影響燈具的熱輻射和熱對流的效果。所以這種結(jié)構(gòu)在應(yīng)用中長時間積累的灰塵，將會大大的降低LED路燈的散熱效果。這個現(xiàn)象就是某些廠家生產(chǎn)的路燈在安裝一定時間后失效的最主要的原因。這種結(jié)構(gòu)給我

7、們工程師帶來很大的困擾，為什么在工廠經(jīng)過長時間老化不會出現(xiàn)問題，但是一旦安裝到道路上不長時間就會出現(xiàn)問題了呢?問題就在這里，沒有充分的考慮LED路燈的使用環(huán)境。再來看看下面的這種結(jié)構(gòu)(圖5)。圖5這種結(jié)構(gòu)采用橫紋散熱結(jié)構(gòu)，雖然能夠降低部分灰塵的積累問題，但是也不會經(jīng)得起時間的檢驗，因為灰塵由于重力作用在燈具散熱表面的沉積和道路上污染物對燈體的腐蝕足以在一定的時間內(nèi)影響燈體熱量的散失，從而影響散熱效果。這里就不再詳盡的分析，有興趣可以按照上面的圖例作圖分析一下。再來分析一下圖6這個LED路燈設(shè)計。圖6這種設(shè)計純粹的是人為制造眩光(人眼在直視光源3秒鐘后，閉眼在15秒鐘內(nèi)在人眼形成的亮斑不能消失，

8、即所謂眩光)，使人不能直視，達到很亮的效果;但是作為LED路燈，LED本身具有積溫效應(yīng)(在很小的面積或體積內(nèi)，短時間積聚大量的熱量而不能有效的散發(fā)出來，即積溫效應(yīng))，而這種LED陣列式排列封裝，使積溫效應(yīng)更加突出，從而加大散熱難度，增加LED路燈的失效率。從交通安全意義上來講，由于眩光問題的存在，在一定程度上造成交通事故率的升高。這種設(shè)計在產(chǎn)業(yè)初期是不可取的曇花一現(xiàn)的設(shè)計思路。綜上所述，LED路燈的散熱設(shè)計最重要的不是要考慮路燈的散熱面積的問題，而是要著重考慮散熱結(jié)構(gòu)適應(yīng)環(huán)境的要求。如采用分體式設(shè)計(見圖7)。圖7A為遮蓋在燈體上部的遮蓋罩，B為LED路燈及散熱結(jié)構(gòu)體，C為散熱結(jié)構(gòu)橫紋(注意一定是橫紋，不能設(shè)計成縱紋)。(由于本人作圖能力較差，請諒解。)A是用來防止灰塵的沉積，設(shè)計關(guān)鍵點在于A的底部寬度一定要小于B的寬度，而且在B上要有相應(yīng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計，配合A和B之間的差額，以利于灰塵清理和減少A對熱對流的影響。在A的內(nèi)表面做黑色氧化處理，以利于更好的吸熱?？刂艫和B之間的距離，以減少A熱對流的影響。這種設(shè)計思想是沿用原有的設(shè)計思路，盡可能的減少灰塵在散熱結(jié)構(gòu)上的沉積，從而優(yōu)化散熱效果;A采用黑色內(nèi)表