大功率led路灯的散热器分析-led路灯灯具散热器

我是做LED产品的，其实我们做这个产品的时候要求的是客人散热面积不小于5平方厘米每瓦。刚才看了您上面说的几款散热器是没有办法满足这款LED的散热的，因为LED说起来是冷光源，其实现在LED灯具所最需要解决的还是散热问题。因为芯片的温度不能够超过125度，一旦超过这个值，整个灯具就会烧毁。你如果用CPU或者是显卡的散热器固定这个灯就会是一个大问题，如果固定不好灯里面的热散不出来很快就会烧掉。另外这种50W的灯一般是用来做路灯使用的，而且对电源的要求是相当高的，必须用恒流1.75A的电源来驱动的。不是用恒压电源驱动的。用恒压电源最多用到两个月保证会掉一部分。再有就是这款灯做室内照明恐怕用一个晚上你就会后悔，以为它不像日光灯管那么柔和，它所发出的光非常炫目，保证你在那个房间带3分钟后出来你必须花5分钟才能够适应外面的光线。呵呵!如果是打算买来做照明的请三思！

加上散热风扇会好一些，但问题是热量聚集在LED上散不到散热铝上这是最大的问题，也就是我们经常说的热阻，散热硅脂虽然有一定的作用，但是时间一长，干了就不但不散热反而阻热了，这种产品下面都要用铜导热出来再用铝散热，会比较麻烦，建议用专用的散热器，不建议自己配置！

再次补充：

散热硅脂是会干的，你说的CPU上的散热硅脂不干是因为CPU的发热量没有这款LED的发热量高，CPU的功率最高的不过40W（一般只有20-30W），而这款LED有50W的功率。发热量要大很多，再有就是CPU的散热好是因为它的表面跟风扇散热铝的结合部会很好，而LED的底部绝对没有CPU的平，会有空间间隙，这也会加大整个产品的热阻。所以不建议您采用CPU风扇来替代。

怎样才能解决大功率LED路灯的发热难题?

散热是LED路灯需要重点解决的问题。众所周知，LED是个光电器件，其工作过程中只有15%～25%的电能转换成光能，其余的电能几乎都转换成热能，使LED的温度升高。在大功率LED中，散热是个大问题。例如，1个10W白光LED若其光电转换效率为20%，则有8W的电能转换成热能，若不加散热措施，则大功率LED的器芯温度会急速上升，当其结温(TJ)上升超过最大允许温度时(一般是150℃)，大功率LED会因过热而损坏。因此在大功率LED灯具设计中，最主要的设计工作就是散热设计。

由于LED路灯亮度要求高，使用环境比较苛刻，如果散热解决不好，会迅速导致LED老化，稳定性降低。一盏采用250W高压钠灯的路灯，由于技术成熟，散热控制的很好，即使工作5000小时，光衰仍然很小。相同条件下的大功率LED路灯，如果散热解决不好，光衰会很大。LED路灯的散热方式主要有：自然对流散热、加装风扇强制散热、热管、回路热管散热和均温板散热等。加装风扇强制散热方式系统复杂、可靠性低，热管和均温板散热方式成本较高。一般传统的灯具及现在市场上流行的LED路灯大都采用传导的散热方式，这种散热方式很实用就是靠金属自身的导热性把热量从高温的一端传导到低温的一端，低温的一端与空气直接接触，进行热量交换，达到散热的，只靠这一种散热方式，达不到尽快释放LED热量的目的。下面我给大家介绍已经高效率的散热器！它使用的两种（可以说三种主要是这两种占主导地位）散热方式，即传导和对流。

LED路灯的技术原理

经测试发光二极管可正常工作的环境温度其结温温度应（＜85℃）。高于此温度范围效率将大大降低，甚至于烧毁。可以看出温度对其直接影响的重要性。特别值得一提的是，对散热材料的热平衡速度要求重视度，造成光源的热得不到有效的处理引起光衰减严重。现在许多生产厂家大功率LED的热沉散热壳体应用基本采用不同的合金铝材料，其导热系数不一，一些材料的散热速率难以满足LED工作条件。不可忽略的铝基板及导热硅胶，硅脂材料的导热环节，使用材料的实际寿命质量，将直接影响LED的工作散热条件。如何减少中间环节，直接与热沉散热近距离接触将热量快速达到平衡的有效散热，是现今高质量的LED灯具产品开发需考虑的方向。

先从材料分析： 金属的热传导系数表：

银 429铜 401金 317铝 237铁 80锡 67铅 34.8

银热传导系数比较好，但缺点就是价格太高，纯铜散热效果则次之，但已经算是非常优秀的了。不过铜也有缺点：造价高、重量重、不耐腐蚀等。所以现在大多数散热片都是采用轻盈坚固的铝材料制作的，其中铝合金的热传导能力最好，好的风冷散热器一般采用铝合金制作。至于铜，目前市场上也出现了纯铜的散热器，铜的导热性能比起铝要快的多，但铜的散热没有铝快，铜可以快速的把热量带走，但无法在短时间内把本身的热量散去，另外铜的可氧化性是铜本身最大的弊病。当铜一旦出现氧化状态，从导热和散热方面都会大大的下降。

从对比上看，最好的散热材料也并不是铝材。铜和铝的对比中形成了一种新型的工艺——铜铝结合。所谓的铜铝结合就是把铜和铝用一定的工艺完美的结合到一块，让铜快速的把热量传给铝，再由大面积的铝把热量散去，这不但增充了铝的导热不及铜，还弥补了铜的散热不如铝，有机的结合从而达到急速传热快速散热的效果。

多篇文章中都阐述了散热是靠面积而不是看体积的大小，许多企业都了解了个中道理，壳体采用多层翅片散热，但对热沉散热壳体的翅片忽略了防尘和积尘，日积月累将会影响壳体的散热效果。应从在自然

条件下规避积尘的最小化，不同方向的风和雨的自然冲刷可易性和清除灰尘的粘敷性。保证热沉壳体的散热效果不受恶劣环境的影响，散热通道的畅通，做到真正的长寿命。

大家共同来探讨一个设计方式：散热是靠面积的道理显而易见，是否可以将散热面做成柱状或多面形锥体。

在增加散热面保证散热效果的基础上，解决了不同方向的风和雨的自然冲刷可易性和清除灰尘的粘敷性的问题，保证了热沉壳体的散热效果不受恶劣环境的影响。

以现在的金属加工技术来看，机械加工是不可能做出理想化的绝对的平整表面，即便是镜面，也有很多细小的坑凹，只是肉眼不太容易发现，除了表面上存在坑凹外，还会有很多细小杂质，如灰尘什么的。当散热器表面和芯片表面接触时，存在的很多沟壑或空隙中都是空气。空气的导热能力很差，因此必须用其它物质来降低热阻，否则散热器的性能会大打折扣，甚至无法发挥作用。

作为解决办法，导热介质就应运而生了，它的作用就是填充两个接触表面之间大大小小的空隙，增大发热源与散热片的接触面积。导热硅脂是我们最常见的导热介质。

导热硅脂是用来填充铝基板与散热片之间的空隙的材料的一种，这种材料又称之为热界面材料。其作用是用来向散热片传导铝基板散发出来的热量，使铝基板温度保持在一个可以稳定工作的水平，防止铝基板因为散热不良而损毁，并延长使用寿命。

作为一种化学物质，导热硅脂有着一些反映自身特性的相关性能参数。了解这些参数的含义，大致上可以判断一款导热硅脂产品的性能高低。 导热系数（Thermal Conductivity）

导热系数的单位为W/m?K（或W/m?℃），表示截面积为1平方米的柱体沿轴向1米距离的温差为1开尔文（K=℃+273.15）时的热传导功率。数值越大，表明该材料的热传递速度越快，导热性能越好。 目前主流导热硅脂的导热系数均大于1W/m?K，优秀的可达到6W/m?K以上，是空气的200倍以上。但是和铜铝这些金属材料相比，导热硅脂的导热系数只有它们的1/100左右，换而言之，在整个散热系统中，

硅脂层其实是散热瓶颈之所在。对于一个散热系统而言，不仅是散热器的事，导热介质也是很重要的组成部分：

散热系统的总热阻 = 散热器热阻 + 导热介质热阻

导热硅脂作为我们最常用的导热介质，其重要性不言而喻了，要降低其热阻，一方面取决于产品本身的性能， 另一方面取决于对产品的使用。因此我们要尽量选用那些导热性能好热阻低的导热硅脂，并在使用上多加注意，在保证硅脂完全填充热源和散热器表面空隙前提下，涂抹方式硅脂层尽可能地薄。 值得大家注意的是普通导热硅脂在高温环境中使用一段时间后会出现“干化”或“硬化”现象，将会大大影响散热效果。因此在铝基板与热沉之间的导热环节需重视。

传统LED路灯设计主要设计重点在LED的流明数上，而对的散热则的关注较少。实际上，LED的流明数正在迅速的增加。2009年量产LED的单瓦流明数已经达到100流明，而且这一数值还在快速地增长。与之对应的传热学理论体系已经成熟，我们可以使用的传热手段也基本明确：传导、对流、辐射和相变传热。因此，在传热或者说散热问题上，我们可以采取的措施是可见的、有限的。

LED路灯散热技术，一般使用多为导热板方式，是一片5mm厚的铜板，实际上算是均温板，把热源均温掉；也有加装散热片来散热，但是重量太大。重量在路灯系统上十分重要，因为路灯高有9米，若太重危险性就增加，尤其遇到台风、地震都可能产生意外.国内有厂家采用全球首创的针状散热技术，针状散热器的散热效率要比传统片状散热器有很大幅度提高，能使LED结温比普通散热器低15℃以上，并且防水性能比普通铝型材散热器要好，同时在重量和体积上也有所改进。另外，针对大功率LED灯具开发的石墨散热片也具有良好的导热和散热性能。

散热方式主要有：自然对流散热、加装风扇强制散热、热管和回路热管散热等。加装风扇强制散热方式系统复杂、可靠性低，热管和回路热管散热方式成本高。而路灯具有户外夜间使用、散热面位于侧上面以及体型受限制较小等有利于空气自然对流散热的优点，所以LED路灯建议尽可能选择自然对流散热方式。

LED路灯散热设计中存在的问题有：散热翅片面积随意设定，散热翅片布置方式不合理，灯具散热翅片的布置没有考虑到灯具的使用方式，影响到翅片效果的发挥，强调热传导环节、忽视对流散热环节，尽管众多的厂家考虑了各种各样的措施：热管、回路热管、加导热硅脂等等，却没有认识到热量最终还是要依靠灯具的外表面积散走，.忽视传热的均衡性，如果翅片的温度分布严重不均匀，将会导致其中一部分的翅片没有发挥作用或作用很有限。

散热式大功率LED路灯灯具。其目的是解决大功率LED灯具散热问题，提出一种空气对流散热式大功率LED路灯灯具，它包括有灯头组件、灯具散热体组件和灯尾组件，灯具散热体组件为弧弦柱形壳体，两端开口，其弧柱面两侧面为立面，立面也开有阵列通孔，在弧弦柱形壳体内腔设有4～10条轴向排列的并与弧柱面和弦柱面固接立筋导热板，立筋导热板和弧弦柱形壳体两侧的两个立面也都开有阵列通孔，立筋导热板和弧弦柱形壳体两侧的两个立面在灯具散热体组件内形成5～11条热空气流动的散热通道。本实用新型优点是散热体内腔有多条热空气流动的散热通道，立筋导热板也都充当散热面，热交换面增加，热排放效率高。

LED路灯的散热是需要重点解决的问题之一，不仅直接关系到LED实际工作时的发光效率，而且由于LED路灯亮度要求高、发热量大，并且户外这种使用环境比较苛刻，如果散热不好会直接导致LED快速老化，稳定性降低。因为在户外使用的道路灯具，应具有一定等级的防尘防水功能（IP），良好的IP防护往往会妨碍LED的散热。解决这个相互矛盾但又都得解决的两个问题是道路灯具设计时应关注的一个重要方面。在这一方面也是国内把LED应用于道路灯具中时出现不合格及不合理的情况最多的。国内使用中出现的不合格及不合理的情况基本有：

（1）对LED采用了散热器，但LED连线的接线端子及散热器的设计无法达到IP45及以上等级，无法满足GB7000.5/IEC6598-2-3 标准的要求。

（2）采用普通的道路灯具外壳,在灯具出光面内用矩阵式LED,这种设计虽说能满足IP试验，但是由于灯具内的不通风会造成在工作时，灯具内腔的温度会升高到50℃~80℃，在如此高的工况下，LED的发光效率是不可能高的，同时LED的使用寿命也将大打折扣计，实际上存在明显的不合理情况。

（3）在灯具内采用了仪表风扇对LED及散热器进行散热，其进风口设计在灯具的下方，以避免雨水的进入，出风口设计在下射LED光源的四周。这样也能有效避免雨水的进入，另外散热器和LED（光源腔）不处于同一空腔内，这种设计如做的好，按灯具的IP试验要求，能顺利通过。这一方案，不仅解决了LED的散热问题，而且同时满足了IP等级的要求。但是这种看似良好的设计，实际上存在明显的不合理情况。因为在我国绝大多数道路灯具的使用场合，空中的飞尘量是较大的，有时会达到很大（例如起沙尘暴），这类灯具在一般条件下使用一段时间后（约三个月至半年），其内部散热器的缝隙内就会塞满灰尘，使散热器效果大打折扣，最后还会使LED因工作温度过高而使用寿命明显缩短。这一方案的不足是在于不能持久良好地使用。

要兼顾道路灯具中LED的散热及IP防护，较合理的设计指导思想是：

a、在关键的散热位置，采用导热板。导热板是在金属板的内部，均布有供冷媒流动的细导管，并在细导管内充有冷媒，当导热板的某一部位受热时，细导管内的冷媒会快速流动而使热量迅速地传导。好的导热板的热传导系数可以达到同厚度铜材板的8~12倍，虽说价格较高，但如在关键部位使用，对LED的散热将起到事半功倍的作用。

b、把灯具的外壳设计成散热器状。大部分的道路灯具外壳是铝材的，直接利用灯具外壳外面作为散热器既可以保证IP防护等级的要求，也可以得到很大的散热面积，另外，灯具外壳组成的散热器在有落尘时，可以通过自然的风雨而冲洗，从而可保证散热器工作的持续有效性。