淺談LED的發(fā)熱和散熱

       近年來(lái)，LED技術(shù)被譽(yù)為下一代照明技術(shù)，隨著LED電源的增加，冷卻問(wèn)題越來(lái)越受到關(guān)注。研究人員長(zhǎng)期觀察到，LED的光下降或壽命與其接合溫度直接相關(guān)，因此如果熱量不暢，溫度高，壽命短。

       與過(guò)去的白熾燈和熒光燈不同，能量損失很大，但大部分能量直接通過(guò)紅外線發(fā)射，光源的熱量很低。LED將所有能源(可見(jiàn)光消耗的能源除外)轉(zhuǎn)換為熱能。電子產(chǎn)品逐漸成為高密度、高密度、Led產(chǎn)品的例外，解決Led散熱問(wèn)題已成為當(dāng)今Led性能提高和Led行業(yè)發(fā)展的主要問(wèn)題。

LED發(fā)熱原因：

       LED發(fā)熱的原因是添加的電力都沒(méi)有轉(zhuǎn)換成光能，一部分轉(zhuǎn)換成熱能。指示燈只有100lm/W，電光轉(zhuǎn)換效率約為20%到30%。也就是說(shuō)，大約70%的電力轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮堋?/p>

特別是，LED接頭溫度的發(fā)生由兩個(gè)因素引起：

       1.內(nèi)部?jī)烧咝什桓?。也就是說(shuō)，當(dāng)電子與孔結(jié)合時(shí)，光子不能100%生成，通常由于“電流泄漏”而降低PN區(qū)域載波復(fù)合率。泄漏電流乘以電壓就是這一部分的功率。也就是說(shuō)，它轉(zhuǎn)換為熱，但這部分不占用主要組件，因?yàn)閮?nèi)部光子的效率已經(jīng)接近90%。

       2.內(nèi)部產(chǎn)生的光子都不能射到芯片外，最終轉(zhuǎn)化為熱的部分主要原因是這種稱為外部量子效率的只有大約30%，大部分轉(zhuǎn)化為熱。

       如上所述，白熾燈的光效率很低，但只有15lm/W左右，但幾乎所有的電都轉(zhuǎn)換為光能并發(fā)射。輻射大部分是紅外線，所以光的效率很低，但消除了散熱問(wèn)題。

LED散熱解決方案：

       Led的散熱主要從封裝前后的Led芯片散熱和Led燈散熱兩個(gè)方面開(kāi)始。Led芯片散熱主要與基板和電路選擇過(guò)程相關(guān)，因?yàn)槿魏蜭ED都可以制造燈，所以LED芯片產(chǎn)生的熱量最終通過(guò)燈外殼分散到空氣中。如果不能很好地散熱，LED芯片的熱容量會(huì)很小，因此如果積累了一些熱量，芯片的連接溫度會(huì)迅速提高，如果長(zhǎng)時(shí)間高溫工作，壽命會(huì)迅速縮短。但是這些熱必須經(jīng)過(guò)多條途徑，才能引導(dǎo)芯片實(shí)際到達(dá)外面的空氣。特別是，LED芯片會(huì)產(chǎn)生來(lái)自金屬熱塊的熱量，產(chǎn)生從焊料到鋁基板上PCB的熱量，通過(guò)導(dǎo)熱粘合劑到達(dá)鋁散熱器。因此，LED照明既包括熱擴(kuò)散，也包括熱擴(kuò)散。LED外殼的冷卻方式取決于電源大小和使用位置。主要有以下冷卻方法：

       鋁熱銷：最常用的熱方法，使用鋁熱銷作為外殼的一部分來(lái)增加冷卻區(qū)域。

       導(dǎo)熱塑料外殼：塑料外殼注射成型時(shí)填充導(dǎo)熱材料，以提高塑料外殼的導(dǎo)熱性和散熱能力。

       空氣流體力學(xué)：利用藤壺形狀制作對(duì)流空氣是最便宜的散熱方法。

       風(fēng)扇：燈殼內(nèi)部是使用壽命較長(zhǎng)的高效風(fēng)扇，可加強(qiáng)冷卻，成本低，效果好。但是換風(fēng)扇很麻煩，也不適合室外使用。這種設(shè)計(jì)比較罕見(jiàn)。

       熱交換器：使用熱交換器技術(shù)，將LED晶片中的熱誘導(dǎo)到機(jī)殼熱針腳。路燈等大型照明是典型的設(shè)計(jì)。

       表面輻射散熱處理：燈殼表面是輻射散熱處理，應(yīng)用了sishengweihua輻射散熱涂層，可以從燈殼表面發(fā)射熱量。

       ZS-411輻射熱冷卻涂層具有較高的熱傳導(dǎo)率和較大的熱表面積，并且具有相當(dāng)大的波長(zhǎng)范圍(1-20m)的高發(fā)射率，可以顯著提高包括傳導(dǎo)、對(duì)流和輻射熱在內(nèi)的綜合性能。

       該涂層采用高性能熱解決方案，具有可見(jiàn)光和近紅外反射率、熱紅外發(fā)射率和高穩(wěn)定性的特殊性能，具有良好的物理特性、化學(xué)特性，以及由于低于100納米的無(wú)機(jī)膠體粒子凝聚而產(chǎn)生結(jié)合力的良好可施工性復(fù)合性。將碳納米管等具有高熱導(dǎo)率和放射性的材料添加到涂層溶液中，可以構(gòu)成涂層表面宏觀、微觀、粗糙形態(tài)的納米材料，從而大大增加散熱裝置和外部接觸面積，大大提高散熱效果。通過(guò)添加多種由電子轉(zhuǎn)移的尖晶石作為復(fù)合紅外輻射體，增加了雜質(zhì)能級(jí)，提高了紅外輻射系數(shù)，從而保持了熱穩(wěn)定性、耐熱性。

       LED整體發(fā)光效率較低，因此接頭溫度較高，壽命縮短。為了延長(zhǎng)壽命，降低接頭溫度，必須重視散熱問(wèn)題。

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