LED灯具的热分析与散热设计

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1、万方数据2008年第12期中国照明电器CHlNAUGHT＆UGHTING17LED灯具的热分析与散热设计李鹏(天津施莱德照明器材公司，天津300457)摘要对灯具结构进行热分析是设计灯具时必须完成的一项工作。依照LED灯具热分析公式，只有依靠减少散热部件热阻的方法达到散热效果。热阻为阻止热量传递的能力的综合参量，数值越低表示芯片中的热量传导到支架或铝基板上越快。应通过减小热阻以加强传热，这有利于降低LED的温度，从而延长LED灯具的寿命。关键词LED热分析热阻ThermalAnalysisandCoolingArrang

2、ementDesignforLEDLuminaireLiPeng(TianjinLightingSchrederCo．，Ltd，Tianjin300457)Abstract：ThermalanalysisisanimportantworkbeforedesigningLEDlamps．Accordingtothethermalanalysisformula，todrawheatawayfromtheLEDlampmustreducethethermalresistance．Thermalresistanceisapara

3、meterthatpreventsheatfromtransferring．Thesmallerthermalresistanceis，thefasterdrawingheatwillbe．Todrawheatneedstoreducetllethermalresistance．ReducingthermalresistanceCaXlhelpreduceLEDchiptemperatureandextendlifeofLEDluminaire．Keywords：LED；thermalanalysis；thermalre

4、sistanceLED的主要失效形式之一是热失效。随着温度的升高，不但LED的失效率大大增加而且LED光衰加剧、寿命缩短，因此热设计是LED灯具结构设计中不可忽略的一个环节。大功率LED灯具的外壳防护等级一般都在IP65以上，热量不能通过空气对流的方式发散到灯具外部。所以利用良好的导热途径将LED的热量传到灯具外壳；选择合适的导热材料等灯具散热方面的设计直接决定了产品的性能。1LED灯具的热阻计算方法对灯具结构进行热分析是设计灯具时必须完成的一项工作。由于灯具是在开启后逐渐升温最后达到热稳定状态，也就是说热稳定状态时各点

5、的温度最高，所以散热计算一般只考虑稳态的情况，瞬态的热分布情况并不重要。因此应在灯具处于热稳定状态时计算灯具散热的情况。LED灯具热分析公式：rj。。≥L+(RlIlb一。×P。州)+(Rthj一．p×Pled)式中：r；一——LED理论结点温度，单位：℃；L——使用环境温度，单位：℃；R¨一．——灯具散热部件总热阻，单位：oc／w；Ptol8l——LED总功率，单位：w；PIed——单颗LED功率，单位：w；Rmi一。——单颗LED的热阻，单位：。c／w；考虑到灯具使用环境温度t(一20～45℃)受外万方数据18中国照

6、明电器2008年第12期部条件限制一般是不可控的，另外为满足照明效果LED灯具总功率P训、单颗LED功率P。甜在设计前应已经确定不可更改，最后单颗LED的热阻目前一般为8。C／W。依照LED灯具热分析公式，只有依靠减小灯具散热部件热阻的方法达到散热效果。下面以一个有16颗LED(1W、CREE品牌XR．E系列)的灯具为实例进行计算。ri一=150℃T。=45℃Pled=0．35A×3．3V=1．155WP洲=1．155Wx16=18．48WRtIlj-．p=8。C／WRthb一．≤(丁j一一丁。一Rth卜Bp×Pled)

7、／Pt。talRtlIb一。≤(150"(2—45oC一8。C／W×1．155W)／18．48W尺¨一。≤5．1820C／W由以上计算可以得出：散热部件热阻R山。一。≤5．182。C／W时灯具才可以在45℃的外部环境中使用。2LED灯具结构的热分析热的传递方式有热传导、热辐射、热对流。对大功率LED照明灯具而言热传导方式起最主要的作用，因此LED灯具的热分析主要考虑热量在灯具内部以热传导方式传递时的散热效果。热阻是指热量传递通道上两个参点之间的温度差与两点间热量传输速率的比值，单位为℃／w。热阻为阻止热量传递的能力的综合

8、参量，应通过减小热阻以加强传热。当热量在物体内部以热传导的方式传递时，遇到的热阻称为导热热阻；热量流过两个相接触的固体的交界面时，界面本身对热流呈现出明显的热阻称为接触热阻。因此我们考虑的热阻包括导热热阻和接触热阻。产生接触热阻的主要原因是，任何外表上看来接触良好的两物体，直接接触的实际面积只是交界面的一部分，其余部