中國照明電器LED燈具的熱分析與散熱設(shè)計(jì)對燈具結(jié)構(gòu)進(jìn)行熱分析是設(shè)計(jì)燈具時(shí)必須完成的一項(xiàng)工作。依照LED燈具熱分析公式，只有依靠減少散熱部件熱阻的方法達(dá)到散熱效果。熱阻為阻止熱量傳遞的能力的綜合參量，數(shù)值越低表示芯片中的熱量傳導(dǎo)到支架或鋁基板上越快。應(yīng)通過減小熱阻以加強(qiáng)傳熱，這有利于降低LED的溫度，從而延長LED燈具的壽命。

　　考慮到燈燈具使用環(huán)環(huán)境溫度25，外LED的主要失效形式之一是熱失效。隨著溫度的升高，不但LED的失效率大大增加而且LED光衰加劇、壽命縮短，因此熱設(shè)計(jì)是LED燈具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中不可忽略的一個(gè)環(huán)節(jié)。大功率LED燈具的外殼防護(hù)等級一般都在IP65以上，熱量不能通過空氣對流的方式發(fā)散到燈具外部。所以利用良好的導(dǎo)熱途徑將LED的熱量傳到燈具外殼；選擇合適的導(dǎo)熱材料等燈具散熱方面的設(shè)計(jì)直接決定了產(chǎn)品的性能。

　　1.LED燈具的熱阻計(jì)算方法對燈具結(jié)構(gòu)進(jìn)行熱分析是設(shè)計(jì)燈具時(shí)必須完成的一項(xiàng)工作。由于燈具是在開啟后逐漸升溫最后達(dá)到熱穩(wěn)定狀態(tài)，cM是說熱穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)各點(diǎn)的高，所以散熱計(jì)算一般只考慮穩(wěn)態(tài)的情況，瞬態(tài)的熱分布情況并不重要。因此應(yīng)在燈具處于熱穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)計(jì)算燈具散熱的情況。

　　*LED理論結(jié)點(diǎn)溫度，單位：*C；Ta*使用環(huán)境溫度，單位：％Rthb-a*燈具散熱部件總熱阻，單位：tW；PtotalLED總功率，單位：W；Pu*單顆LED功率，單位：W；-單顆LED的熱阻，單位：°CW；中國照明電器部條件限制一般是不可控的，另外為滿足照明效果用，因此LED燈具的熱分析主要考慮熱量在燈具內(nèi)LED燈具總功率Ptrtal、單顆LED功率在設(shè)計(jì)前應(yīng)部以熱傳導(dǎo)方式傳遞時(shí)的散熱效果。

　　已經(jīng)確定不可更改，最后單顆LED的熱阻目前一般熱阻是指熱量傳遞通道上兩個(gè)參點(diǎn)之間的溫度為8°CW.依照LED燈具熱分析公式，只有依靠減小差與兩點(diǎn)間熱量傳輸速率的比值，單位為°CW.熱燈具散熱部件熱阻的方法達(dá)到散熱效果。

　　下面以一個(gè)有16顆LED（W、CREE品牌XR-E系列）的燈具為實(shí)例進(jìn)行計(jì)算。

　　由以上計(jì)算可以得出：散熱部件熱阻Rthb-a< 5.182CW時(shí)燈具才可以在45C的外部環(huán)境中使用。

　　2.LED燈具結(jié)構(gòu)的熱分析熱的傳遞方式有熱傳導(dǎo)、熱輻射、熱對流。對大功率LED照明燈具而言熱傳導(dǎo)方式起最主要的作阻為阻止熱量傳遞的能力的綜合參量，應(yīng)通過減小熱阻以加強(qiáng)傳熱。當(dāng)熱量在物體內(nèi)部以熱傳導(dǎo)的方式傳遞時(shí)，遇到的熱阻稱為導(dǎo)熱熱阻；熱量流過兩個(gè)相接觸的固體的交界面時(shí)，界面本身對熱流呈現(xiàn)出明顯的熱阻稱為接觸熱阻。因此我們考慮的熱阻包括導(dǎo)熱熱阻和接觸熱阻。產(chǎn)生接觸熱阻的主要原因是，任何外表上看來接觸良好的兩物體直接接觸的實(shí)際面積只是交界面的一部分，其余部分都是縫隙。熱量依靠縫隙內(nèi)氣體的熱傳導(dǎo)和熱輻射進(jìn)行傳遞，而氣體的傳熱能力遠(yuǎn)不及一般的固體材料。接觸熱阻使熱流流過交界面時(shí)，沿?zé)崃鞣较驕囟劝l(fā)生突然下降，這是燈具設(shè)計(jì)中需要盡量避免的現(xiàn)象。

　　下面以一個(gè)實(shí)例來說明LED燈具的熱阻計(jì)算方法。燈具的基本結(jié)構(gòu)如所示，LED處于密閉的鋁合金外殼內(nèi)，熱量主要通過支撐板、鋁合金外殼，然后通過外部空氣對流散到空氣中，其他部分的導(dǎo)熱如鋁基板與外殼之間的對流導(dǎo)熱、燈具透明玻璃的導(dǎo)熱等，由于散熱作用不明顯，暫時(shí)可以忽略不計(jì)。因此，燈具散熱總熱阻R總表示為：R2―LED支撐板的導(dǎo)熱熱阻；R3―LED支撐板與燈具金屬外殼之間的接R4*燈具金屬外殼的導(dǎo)熱熱阻；R5*燈具金屬外殼與外部環(huán)境對流換熱的熱阻。

　　支撐板和金屬外殼兩種零部件的導(dǎo)熱熱阻Rth=1觸熱阻：ChhaAcadcJo咖alElectronicPublishingtalk其中在為熱傳導(dǎo)距離/為垂直于1熱流方向的截面積，k為材料的熱導(dǎo)率。

　　3.1減小燈具總熱阻與改善散熱效果的方法3.1減小LED支撐板與金屬外殼的徑向長度L增加LED支撐板與金屬外殼熱流方向的截面積，選用熱導(dǎo)率好的材料可以降低支撐板與金屬外殼兩種零部件的導(dǎo)熱熱阻。

　　3.2增加LED支撐板與鋁基板之間、LED支撐板與燈具金屬外殼之間接觸面的壓力，使物體交界面上的突出部分變形從而減小縫隙、增大接觸面；在兩物體交界面處涂上有較高導(dǎo)熱能力的膠狀物體一導(dǎo)熱脂等方法可以降低接觸熱阻。

　　3.3按照配光要求設(shè)計(jì)燈具外殼曲線，將鋁基板直接固定在燈具外殼內(nèi)側(cè)可以省去LED支撐板造成的熱阻。

　　3.4燈體散熱筋的排列與布置應(yīng)考慮間距、方向、表面處理等因素以提高散熱效果。所以，一般建議將這款燈具的安裝方向與道路方向平行，以便于散熱片間空氣的流動(dòng)，而不是將燈具的散熱片垂直于道路方向。

　　3.5燈具金屬外殼如涂有散熱涂層，將有利于外殼將熱量以熱輻射的方式傳導(dǎo)到外界。

　　3.6重視傳熱的均衡性，盡量保證燈體散熱部分的溫度分布均勻，充分發(fā)揮全部散熱部件的作用。

　　4.結(jié)束語LED燈具散熱設(shè)計(jì)的重點(diǎn)在于：最短的熱路徑；必須以最快速的方法將熱量導(dǎo)出然后散出。通過燈具散熱的分析和計(jì)算，可以指導(dǎo)設(shè)計(jì)散熱方式和散熱器的選擇保證了LED燈具工作在安全的溫度范圍內(nèi)，減少了質(zhì)量問題，提高了可靠性。