《電子技術(shù)應(yīng)用》
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室內(nèi)LED照明燈具的5類散熱器對(duì)比

2020-08-16
來(lái)源:21ic
關(guān)鍵詞: LED 散熱器 傳導(dǎo) 熱輻射

     目前LED照明燈具的最大技術(shù)難題就是散熱問(wèn)題,,散熱不暢導(dǎo)致LED驅(qū)動(dòng)電源,、電解電容器都成了LED照明燈具進(jìn)一步發(fā)展的短板,LED光源早衰的緣由,。在使用LVLED光源的燈具方案中,,由于LED光源工作在低電壓(VF=3.2V)、大電流 (IF=300-700mA)的工作狀態(tài),,發(fā)熱很厲害,,傳統(tǒng)燈具的空間狹小,小面積的散熱器很難很快導(dǎo)出熱量,。盡管采用了多種散熱方案,,結(jié)果都不盡人意,成為L(zhǎng)ED照明燈具一道無(wú)解的難題,。尋找簡(jiǎn)單易用,、導(dǎo)熱性能好,而低成本的散熱材料始終都在努力中,。

  目前LED光源在上電后,,大約30%電能轉(zhuǎn)化為光能,其余的轉(zhuǎn)化成熱能因此要將這么多的熱能盡快導(dǎo)出是LED燈具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù),,熱能需要通過(guò)熱傳導(dǎo),、熱對(duì)流、熱輻射才能散發(fā),。只有盡快導(dǎo)出熱量才能有效降低LED燈具內(nèi)的腔體溫度,,才能保護(hù)電源不在持久的高溫環(huán)境下工作,才能避免LED光源因長(zhǎng)期高溫工作而發(fā)生早衰。

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  LED照明燈具的散熱途徑

  正因?yàn)長(zhǎng)ED光源自身沒(méi)有紅外線,、紫外線,,因此LED光源自身沒(méi)有輻射散熱功能,LED照明燈具的散熱途徑只能通過(guò)與LED燈珠板密切組合的散熱器來(lái)導(dǎo)出熱量,。散熱器必須具備熱傳導(dǎo),、熱對(duì)流、熱輻射的功能,。

  任何散熱器,,除了要能快速地把熱量從發(fā)熱源傳導(dǎo)到散熱器的表面,最主要的還是要靠對(duì)流和輻射把熱量散發(fā)到空氣中去,。導(dǎo)熱只解決了傳熱的途徑,,而熱對(duì)流是散熱器的主要功能,散熱性能主要由散熱面積,、形狀,、自然對(duì)流強(qiáng)度的能力決定,熱輻射只是輔助的作用,。一般來(lái)說(shuō),,如果熱量從熱源到散熱器表面的距離小于 5mm,那么只要材料導(dǎo)熱系數(shù)大于5時(shí),,其熱量就可導(dǎo)出,,其余散熱就必須由熱對(duì)流來(lái)主導(dǎo)的了。

  大多數(shù)的LED照明光源仍然使用低電壓 (VF=3.2V),、大電流(IF=200-700mA)的LED燈珠,,由于工作時(shí)熱量高,必須使用導(dǎo)熱系數(shù)較高的鋁合金,。通常有壓鑄鋁散熱器,、擠壓鋁散熱器、沖壓鋁散熱器,。壓鑄鋁散熱器是一種壓力鑄造零件的技術(shù),,將液態(tài)鋅銅鋁合金澆注入壓鑄機(jī)的入料口,經(jīng)壓鑄機(jī)壓鑄,,鑄造出事先設(shè)計(jì)模具限定的形狀散熱器,。

  壓鑄鋁散熱器

  生產(chǎn)成本可控,散熱翼無(wú)法做薄,,很難使散熱面積最大化,。LED燈具散熱器常用壓鑄材料為ADC10和ADC12。

  擠壓鋁散熱器

  是將液態(tài)鋁通過(guò)固定的模具擠壓成型,,然后將棒材通過(guò)機(jī)加工切割成需要的形狀的散熱器,后期加工成本較高,。擠壓鋁散熱器如圖3所示,。散熱翼可以做得很多很薄,,散熱面積得到最大的擴(kuò)展,散熱翼工作時(shí)自動(dòng)形成空氣對(duì)流擴(kuò)散熱量,,散熱效果較好,。常用材料是AL6061和AL6063。

  沖壓鋁散熱器

  是通過(guò)沖床和模具對(duì)鋼鐵,、鋁合金的板材沖壓,、拉升,使之成為杯筒型的散熱器,,沖壓成型的散熱器內(nèi)外周邊平滑,,因無(wú)翼而散熱面積有限。常用鋁合金材料是5052,、6061,、6063。沖壓件質(zhì)量很小,,材料利用率高,,是一種低成本方案。

  鋁合金散熱器的導(dǎo)熱是比較理想的,,比較適用于隔離的開關(guān)恒流電源,。對(duì)于非隔離開關(guān)恒流電源來(lái)說(shuō),需要通過(guò)燈具的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)做好交流和直流,、高壓和低壓電源的隔離,,才能通過(guò)CE或UL認(rèn)證。
      塑包鋁散熱器

  是一種導(dǎo)熱塑料外殼鋁芯的散熱器,。導(dǎo)熱塑料與鋁散熱芯在注塑機(jī)上一次成型,,鋁散熱芯做埋件,需要預(yù)先進(jìn)行機(jī)械加工,。LED燈珠的熱量通過(guò)鋁散熱芯快速傳導(dǎo)給導(dǎo)熱塑料,,導(dǎo)熱塑料利用它的多翼形成空氣對(duì)流散熱,利用它的表面輻射部分熱量,。

  塑包鋁散熱器一般利用導(dǎo)熱塑料本來(lái)的顏色白色和黑色,,黑色塑料的塑包鋁散熱器的輻射散熱效果更好一點(diǎn)。導(dǎo)熱塑料一種熱塑性材料,,材料的流動(dòng)性,、密度、韌性,、強(qiáng)度都易于注塑成型,,具有很好的耐冷熱沖擊循環(huán)特性,絕緣性能優(yōu)良。導(dǎo)熱塑料輻射系數(shù)優(yōu)于普通的金屬材料,。導(dǎo)熱塑料密度比壓鑄鋁和陶瓷小40%,,同樣形狀的散熱器,塑包鋁的重量可減少將近三分之一,;與全鋁散熱器相比較加工成本低,,加工周期短,加工溫度低,;成品不易碎,;客戶自備注塑機(jī)可進(jìn)行燈具差異化外形設(shè)計(jì)生產(chǎn)。塑包鋁散熱器絕緣性能好,,容易通過(guò)安規(guī),。

  高導(dǎo)熱塑料散熱器

  高導(dǎo)熱塑料散熱器最近發(fā)展很快,高導(dǎo)熱塑料散熱器一種全塑料的散熱器,,它的導(dǎo)熱系數(shù)比普通塑料高幾十倍,,達(dá)2-9w/mk,具有優(yōu)異的熱傳導(dǎo),、熱輻射能力,;可應(yīng)用于各種功率燈具的新型絕緣散熱材料,可廣泛應(yīng)用于1W~200W的各類LED燈具,。

  高導(dǎo)熱塑料耐壓等級(jí)可達(dá)交流6000V,,適合采用非隔離開關(guān)恒流電源,、HVLED的高壓線性恒流電源。使這類LED照明燈具易于通過(guò)CE、TUV,、UL等嚴(yán)格安規(guī)檢測(cè),。HVLED采用高電壓(VF=35-280VDC),、小電流(IF=20-60mA)工作狀態(tài),,HVLED燈珠板的發(fā)熱因此而降低。高導(dǎo)熱塑料散熱器采用傳統(tǒng)的注塑,、擠塑機(jī)均可,。一次成型,成品光潔度高,。大幅提升生效率,,造型設(shè)計(jì)靈活度高,可充分發(fā)揮設(shè)計(jì)師的設(shè)計(jì)理念,。高導(dǎo)熱塑料散熱器采用PLA(玉米淀粉)聚合而成,,全降解、無(wú)殘留,、無(wú)化學(xué)污染,,生產(chǎn)過(guò)程無(wú)任何重金屬污染,,無(wú)污水,無(wú)廢氣,,符合全球環(huán)保要求,。

  高導(dǎo)熱塑料散熱體內(nèi)部PLA分子間密布納米級(jí)金屬離子,,在高溫下可快速運(yùn)動(dòng),,增加熱輻射能量。其活力優(yōu)于金屬材料散熱體,。高導(dǎo)熱塑料散熱器耐高溫,,150℃五小時(shí)不破裂,不變形,,配合高壓線性恒流IC驅(qū)動(dòng)方案應(yīng)用,,無(wú)需電解電容和大體積電感,大幅提升LED整燈壽命,,非隔離電源方案,,效率高、成本低,。特別適合日光燈管,、大功率工礦燈的應(yīng)用。

  高導(dǎo)熱塑料散熱器可以設(shè)計(jì)很多精密的散熱翼,,散熱翼可以做得很多很薄,,散熱面積得到最大的擴(kuò)展,散熱翼工作時(shí)自動(dòng)形成空氣對(duì)流擴(kuò)散熱量,,散熱效果較好,。LED燈珠的熱量通過(guò)高導(dǎo)熱塑料直接到散熱翼,通過(guò)空氣對(duì)流和表面輻射快速散熱,。

  高導(dǎo)熱塑料散熱器密度要比鋁輕,。鋁的密度是2700kg/m3,而塑料的密度為1420kg/m3,,差不多為鋁的一半,,所以同樣形狀的散熱器,塑料散熱器的重量只有鋁的1/2,。而且加工簡(jiǎn)單,,其成型周期可以縮短20-50%,這也就降低了成本的動(dòng)力,。


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