龍宜新

摘要：LED射燈具有低碳、節(jié)能、經(jīng)久耐用等優(yōu)勢(shì)，正在逐步地被普及與發(fā)展?，F(xiàn)階段，LED射燈光效則相對(duì)有限，大量的電能都轉(zhuǎn)化成熱能，這樣就影響了其照明功能的發(fā)揮，影響了照明效率。本文重點(diǎn)分析了LED射燈散熱外殼類型以及散熱設(shè)計(jì)以及最終的仿真實(shí)效。

關(guān)鍵詞：LED射燈;散熱外殼;散熱設(shè)計(jì);仿真效果

0 ?前言

LED射燈有著自身的結(jié)構(gòu)部件，燈罩、面環(huán)、散熱器等，以及其他的配件包括：燈頭針腳、螺絲等，燈具的外殼一般選擇具有防火阻燃功能的材質(zhì)。燈具的外殼應(yīng)該選擇特定級(jí)別的散熱設(shè)計(jì)，通常要達(dá)到V-2級(jí)別。

1 ?LED射燈散熱外殼類型

1.1 塑料外殼加沖壓鋁

鋁合金沖壓件附于鋁基板，整體牢固于外殼，小于3瓦的射燈，外殼應(yīng)選擇PC材質(zhì)塑膠，相反，大于5W的射燈則應(yīng)選擇導(dǎo)熱塑料充當(dāng)其外殼，其導(dǎo)熱率從1-20范圍變化，然而，其導(dǎo)熱率較高、成本也較大，一般的塑料導(dǎo)熱率只有0.2-0.3，一般來(lái)說(shuō)導(dǎo)熱性能可以用導(dǎo)熱系數(shù)來(lái)評(píng)估，其優(yōu)勢(shì)為：勻稱散熱，防止局部件在高溫下發(fā)生形變，質(zhì)量較輕、輕于鋁材質(zhì)40-50%，方便加工成型，不用再次加工。

1.2 沖壓鋁外殼

將鋁合金材質(zhì)作為外殼的沖壓件，此類外殼未能達(dá)到理想的散熱效果，然而，其外殼是良好的導(dǎo)體，卻對(duì)電源的絕緣性有更高要求，電源則要深入形成絕緣處理，一般適合于小于3W的電源，高于5W的電源很容易出現(xiàn)高溫問(wèn)題，從而造成燈亮度不夠。

1.3 壓鑄鋁外殼

從外觀上，這一外殼結(jié)構(gòu)獨(dú)具優(yōu)點(diǎn)，而且其質(zhì)地更優(yōu)、鑄件尺寸也能達(dá)到較高的精度，而且表層有良好的光潔度，強(qiáng)度和硬度都達(dá)到理想水平，大小也相對(duì)穩(wěn)定，而且互換性更優(yōu)，能夠被壓鑄成鋁薄壁復(fù)雜的鑄造件。一般來(lái)說(shuō)，壓鑄鋁磨具更耐久使用，可以持續(xù)用幾百萬(wàn)次，而且能達(dá)到自動(dòng)化的目標(biāo)，然而，對(duì)于沖壓金屬件來(lái)說(shuō)其投入較大，適合用在高級(jí)射燈內(nèi)部。

1.4 擠出鋁外殼

如果選擇擠出工藝，散熱外殼的結(jié)構(gòu)與形態(tài)方面相對(duì)受限，一般為太陽(yáng)花的形態(tài)，當(dāng)擠出斷開(kāi)后，則可以對(duì)型材實(shí)施深加工，其里面所配置的電源必須實(shí)施絕緣優(yōu)化處理，金屬散熱設(shè)備內(nèi)部，擠出鋁能達(dá)到理想的散熱成效，而且成型方法也不會(huì)對(duì)里面的分子構(gòu)造帶來(lái)較嚴(yán)重的影響。通常來(lái)說(shuō)，其導(dǎo)熱效率達(dá)到壓鑄鋁的兩到三倍。

1.5 導(dǎo)熱陶瓷外殼

在整個(gè)的絕緣材質(zhì)中，導(dǎo)熱陶瓷屬于優(yōu)良的材質(zhì)，因?yàn)槠渚哂袃?yōu)良的導(dǎo)熱性能，其優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在：耐高溫、抗腐蝕，而且相同條件下，陶瓷散熱器能增加散熱效率，達(dá)到金屬的幾十倍。然而，陶瓷的特點(diǎn)就是過(guò)于脆弱，使用中很可能被打破，局部可能受損，和塑料對(duì)比起來(lái)這方面不占優(yōu)勢(shì)?，F(xiàn)階段，通常用導(dǎo)熱塑料來(lái)取代導(dǎo)熱陶瓷。

1.6 塑包鋁結(jié)構(gòu)外殼

對(duì)鋁合金進(jìn)行深入加工、處理，而且要將其植入注塑模具內(nèi)，實(shí)施注塑處理，塑料能穩(wěn)妥地包住鋁合金，內(nèi)部的鋁合金件能通過(guò)沖壓、壓鑄等方式來(lái)成型。外圍塑料可以選擇導(dǎo)熱性塑料，以此來(lái)確保整個(gè)射燈達(dá)到理想的散熱功能，一般更適合于體積較小、瓦數(shù)較大的燈具，更適合于用在球形燈泡內(nèi)，如果是GUI0射燈一般如果其功率小于6W，則不適合選擇此構(gòu)造。

2 ?LED射燈的散熱設(shè)計(jì)

LED射燈散熱設(shè)計(jì)的根本目標(biāo)在于當(dāng)使用溫度達(dá)到一個(gè)頂點(diǎn)時(shí)，常規(guī)運(yùn)行環(huán)境下，LED燈即便長(zhǎng)時(shí)間點(diǎn)亮，其芯片的溫度極值也能控制在節(jié)溫以下，這一射燈的LED選擇了高光效封裝成3030的LED，型號(hào)：GW PSLMS1.EC-GRGT-5R8T-1，結(jié)溫：125攝氏度，同時(shí)，對(duì)電源的重要元件、器件，例如：芯片也提出了特殊的規(guī)定和要求，需要其工作溫度在100度以下，圍繞上述規(guī)定來(lái)合理地設(shè)計(jì)射燈的散熱零部件，參照設(shè)計(jì)規(guī)則來(lái)構(gòu)造出一個(gè)散熱器的大致模型，再參照現(xiàn)實(shí)所運(yùn)用的各類材料來(lái)形成一個(gè)散熱模型，具體可以借助通過(guò)EFD軟件來(lái)對(duì)結(jié)果加以模擬，具體的設(shè)計(jì)參數(shù)如下：

第一，塑膠外殼+沖壓鋁外殼。可以選擇電路板、導(dǎo)熱硅膠、沖壓鋁、導(dǎo)熱硅膠、塑膠外殼。散熱器熱阻為：如果為普通塑料，應(yīng)為0.3W/mk，導(dǎo)熱塑料：1-20W/mk，沖壓鋁的熱阻：230W/mk。其優(yōu)勢(shì)：外觀形狀十分漂亮，能發(fā)揮散熱功能，兩類材料有效融合能增加一層導(dǎo)熱通道，然而，其散熱效果則一般。

第二，沖壓鋁外殼。主要選擇電路板、導(dǎo)熱硅膠、沖壓鋁進(jìn)行散熱，其中沖壓鋁的熱阻為：230W/mk，其優(yōu)勢(shì)為：能更好的散熱，不足在于：厚度較厚無(wú)法有效地儲(chǔ)能，難以形成復(fù)雜的外形。

第三，壓鑄鋁外殼。主要選擇電路板、壓鑄鋁作為散熱通道，其熱阻為：96W/mk，優(yōu)點(diǎn)體現(xiàn)在：理想的導(dǎo)熱性、而且輔助特定的造型設(shè)計(jì)，其不足在于：內(nèi)部鋁合金量太大，需要較多的投入，重量較重。

第四，擠出鋁外殼。主要將電路板、導(dǎo)熱硅膠等作為散熱通道，其熱阻為：160W/mk，其優(yōu)勢(shì)為：良好的導(dǎo)熱性能，而且外形較為漂亮，不足之處：因?yàn)閿D出工藝的需求，只可以形成單方面的構(gòu)造，整體的設(shè)計(jì)性能則較為有限。

第五，導(dǎo)熱陶瓷外殼。主要通過(guò)電路板、導(dǎo)熱硅膠、導(dǎo)熱陶瓷等來(lái)散熱，其熱阻為：29w/mk，能鑄造出特定的造型，不足之處在于：其造型相對(duì)簡(jiǎn)單、然而，成本相對(duì)較高，可能碎裂，多采用和COB綁定基板。

第六，注塑包鋁外殼。主要通過(guò)電路板、塑包鋁外殼來(lái)散熱，其優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在：外殼十分漂亮、精致，有著理想的導(dǎo)熱性能，而且內(nèi)部鑲嵌鋁層能參照需要來(lái)鑲嵌不同形態(tài)的鋁合金。這一模具有著很高的成本，適合用在大于7W的燈具。

通過(guò)以上不同外殼射燈散熱加以對(duì)比，能夠看到：數(shù)值模擬法可以用于研究LED燈是否達(dá)到理想的散熱水平，以數(shù)值模擬的方式能最終明確散熱器的最理想設(shè)計(jì)模式：肋厚度應(yīng)達(dá)到1.0mm，最合理的肋片配設(shè)數(shù)量應(yīng)達(dá)到12片，從而使得散熱器的構(gòu)造、功能等得以優(yōu)化，同時(shí)，外部環(huán)境溫度的不斷浮動(dòng)也將極大地影響LED燈芯片結(jié)溫，實(shí)際在設(shè)計(jì)LED燈時(shí)，必須將環(huán)境的影響納入考慮范圍。

3 ?仿真效果分析

如果外部環(huán)境溫度達(dá)到25度，對(duì)應(yīng)的LED燈的管腳則達(dá)到一個(gè)運(yùn)行溫度，通常達(dá)到88度，然而，LED燈具所處環(huán)境的最高溫度達(dá)到45攝氏度，在這種情況下LED管腳的運(yùn)行溫度達(dá)到108度，相對(duì)于之前的溫度下降了十七攝氏度，這就意味著此燈的散熱達(dá)到了一個(gè)理想的狀態(tài)，可以維持LED的常規(guī)、安全運(yùn)行，最后可以選擇多路溫度巡檢設(shè)備來(lái)圍繞實(shí)物展開(kāi)檢測(cè)，所測(cè)出的射燈的管腳溫度只有九十度，鋁基板的溫度則達(dá)到88.24攝氏度，功率電感溫度也發(fā)生了變化，變成了98.53度，通過(guò)測(cè)試所得出的數(shù)據(jù)能看出：不同射燈的重要的發(fā)熱部件、元件等，溫度都可以達(dá)到規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)和要求，這就意味著散熱器達(dá)到了理想的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，適合燈具的使用需求。

4 ?結(jié)語(yǔ)

通過(guò)以上研究能得出：在散熱方面，小功率LED等正在逐漸走向成熟，此類射燈也在大規(guī)模地運(yùn)用于不同的場(chǎng)地、場(chǎng)景與場(chǎng)合，然而，LED射燈無(wú)論是自身的發(fā)展還是推廣應(yīng)用依然有大量的問(wèn)題出現(xiàn)，其中最為重要、棘手的問(wèn)題在于：怎樣能讓LED射燈更好地散熱，以及怎樣達(dá)到LED射燈逐步走向模塊化、互換性，并延長(zhǎng)其使用周期，確保其能折射出高亮光，而且能被有效地操作控制，從而發(fā)揮LED燈應(yīng)有的功能則十分關(guān)鍵。

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