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灯具散热器的发展-细说LED灯散热器的种类

作者:jso0FLWEallfit发布时间:2019-11-19 13:52

众所周知,LED(Light Emitting Diode),发光二极管,是一种固态的半导体 器件,它可以直接把电能转化为光能。LED的心脏是一个半导体的晶片,晶片的一端附着在一个支架上,是负极,另一端连接电源的正极,整个晶片被环氧树脂封装起来。
 
半导体晶片由两部分组成,一部分是P型半导体,在它里面空穴占主导地位,另一端是N型半导体,在这边主要是电子。但这两种半导体连接起来的时候,它们之间就形成一个“P-N结”。当电流通过导线作用于这个晶片的时候,电子就会被推向P区,在P区里电子跟空穴复合,然后就会以光子的形式发出能量,这就是LED发光的原理。而光的波长决定光的颜色,是由形成P-N结材料决定的。
 
LED把电能转化为光能的过程中,电流流过LED元器件时,PN结的温度会上升,形成所谓的发光发热,即电流越高,温度越高,光的亮度就越高,看到这里很多人可能会说,既然如此,那为什么还要去控制LED的温度呢?要了解此问题,我们先来看看过高的温度会对LED跟LED灯具造成怎样的影响。
 
    温度对LED的影响
 
①LED主要由支架、银胶、晶片、金线(铜线)、环氧树脂所组成的,其中除了支架和环氧树脂外,其余三种物料出现损害都能直接导致LED停止工作,而过高的温度,正好就是以上三种物料的克星,在高温的环境下LED的光衰会增大,减少LED的使用寿命,更有过者甚至能在一瞬间把金线(铜线)烧毁导致LED直接损坏。
 
②单体的LED并不能直接满足使用需求,常常伴随者LED一同出现的还有LED电源(驱动),电源本身就是一个发热体,它有着自身的耐温要求,如若温度太高,会造成电源的失能甚至损害,从而导致LED灯具无法正常工作。
 
所以,解决LED跟LED灯具的温度问题是刻不容缓的,也就是散热。
 
    散热原理
传统意义上的散热就是所谓的传递热量,而传递热量的原理有以下三点:
 
 1  传导 
众所皆知,热是能通过介质传导的,它能从温度过高的位置传递到温度过低的位置,既然如此,那么材料的传导率、散热体结构造成的热阻以及形状大小都有可能对热传导进行干扰。
 
 2  辐射 
高中物理老师告诉我们,热是往上走的,其实这就是所谓的辐射,它很极限与周围的环境以及辐射体本身的材料。
 
 3  对流 
买楼房的人应该听过一字楼这个概念,销售一般会说这样的楼房是很凉快的,确实如此,所谓的对流就是通过气体或液体的流动来散热,它的散热速度一般取决于流动的速度,如若想在灯体上实现是很难的(考虑防水,安规等因数),不过也并非没有具体参考以下图示产品。
 
以上三点散热,现在用到灯具上最多的是热传导,同样这也是今天我们着重探讨的话题。
 
    热传导
阅读以上文字的朋友应该注意到影响热传导的有三点,材料、结构、尺寸。
 
 1  材料 
说到材料,我们得由LED灯具的组成来说,首先一个最常见的LED灯具是由散热器(灯身)、LED、基板、电源驱动、光学元件组成的。其中发热体有LED、驱动两个,散热体有散热器、基板、或者铝制的光学元件(导热量几乎可以忽略不计)。散热器
LED灯具的散热器一般都是铝制的,其中分为两大类,以AL6060等铝材为主的拉伸铝,以ADC12为主的压铸铝。其中ADC12的导热系数为96.7w/m ℃,AL6060等铝材为198~250w/m ℃不等,在导热上后者是优于前者的,看到这里有人可能会问,既然AL6060等铝材导热这么好,为什么还会有ADC12的出现呢?
 
①ADC12压铸铝,它以量产快,可以满足设计美观上的大致要求(几乎是你想到的造型都能呈现出来),不过因为可改动低,设计模具费用高,一般是采用在尺寸不是很大,不需要修改的产品上,同样的它也因为价格相对便宜,所以长期占据在外壳市场上。
 
②拉伸铝,导热性强,模具成本低一般是压铸模的十分之一,长度变化也很灵活,加工量产快,然而它不能完全占据外壳的市场原因有以下几点:硬度不足,容易变形、外观基本只能是拉伸型,变化少,满足不了市场外观要求。
 
综合以上两点,可得出散热拉伸铝优于压铸铝,外观实用性后者优于前者,具体取决还要看设计的成本要求以及外观要求。
 
基板
除了外壳之外,基板也是重要的散热体之一,市面上常见的能用到LED灯具上的散热基板有铜基板、铝基板,其中导热性铜基板优于铝基板,不过优于价格相对高,很大部分的设计者或者企业都会选择铝基板作为散热板。
 
结构 
①外观上可以采用以下图示中鳍片设计。
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