中照网logo

学术

>首页 > 学术 > 论文 >正文

大功率LED路灯新型散热器的开发

2013-12-30    

来源:

44614

导语: 针对发光二极管(LightEmittingDiode,LED)随功率的升高而结点温度升高并导致寿命急剧衰减的特点,将热管技术应用于优化后的散热器上,研制了一种能提高大功率LED路灯散热效率的新型散热器,并在25℃的环境温度下对散热器外表面温度进行了测试,结果表明,此种新型散热器能将LED路灯的热量快速的散布到外界空气中,并将结点温度始终控制在40℃以下。

  0 前言

  LED(LightEmittingDiode,发光二极管)是种将电能转变为光能的固体光源,有可能成为替代白炽灯、荧光灯的新型固体光源,将创造照明产业的第四次革命。与现有照明灯具相比,发光效率特别是光提取效率低和散热能力差是照明用大功率LED(功率大于1W)面临的主要技术瓶颈,目前LED的发光效率仅能达到10%~20%,还有80%~90%的能量转换成了热量,为了保证器件的寿命,一般要求结点温度在110℃以下。目前制作的满足照明用大功率LED的芯片尺寸大多在lmm×lmm以上,热流密度超过了100W/cm2,若不及时将热量转移,热量的聚集会导致LED结点温度的升高,而结点温度直接影响到器件的出光效率、峰值波长、器件寿命等。因此解决LED的散热成了大功率LED发展照明用的首要问题。

  1 LED路灯散热器存在的问题

  目前应用在LED道路照明灯具中的主要散热方式有两种:第一种是被动式散热,即通过安装散热片来散热。第二种是主动式散热,即通过外加风扇或者水冷等方式来散热。

  1.1 被动散热

  被动式散热就是依靠灯具自身的外表面与空气的自然对流将LED产生的热量散出。这种散热方式设计简单,并且很容易和灯具的机械结构设计结合起来,这就比较容易达到灯具的防护等级要求,并且成本较低,因此是目前采用最广泛的一种散热方式。热量先是经过焊接层传给固定LED的铝基板,然后通过铝基板导热胶传给灯具外壳,再通过灯具外壳传导给各个散热片,最后靠散热片与空气间的对流将热量散出。这种方式结构简单,但散热效率比较低。

  1.2 主动散热

  主动式散热主要是通过水冷、风扇等手段增加散热器表面的空气流动速度,以便快速带走散热片上的热量,从而提高散热效率。这种方法散热效率比较高,但是需要额外的功耗,会降低系统效率,并且设计难度很大。

  2 热传导热管技术的基本特点

  2.1 工作原理

  热传导以多种元素的混合物为导热介质,并将它诸如金属状的腔体内,经真空处理且密封成型后,形成具有导热特性的元件———热传导热管。它具有超长的热活性和热敏感性,预热而吸,预冷而放。在受热条件下,热传导热管的内部的导热介质吸热后,利用分子的震荡、摩擦,将热能快速激发,并呈波状快速传递,将热量从热管的一端迅速传导至另一端。在整个传热过程中,热管的表面呈现出热阻趋于零的特性(即热导性)。由于热传导主要通过腔体内部的介质来实现导热的,所以导热能力远高于普通金属材料,导热系数为3.2MW/(m·k),等效导热总数最高可达到表面积形同的金属硬材料的7000余倍。

  2.2 热管的安全性、寿命和适用范围

  热传导介质由元素构成。介质本身无毒、无污染、无腐蚀性,在导热过程中无相变。经实验证实,结算值与多种金属均有良好的形容性,不发生发硬或分解生成不凝气体而使热管失效。由于热传导介质完全由介质配成,介质自身能力能有效抑制氢、氧分子的产生,内压较低,使用安全可靠。热传导热管无论在激发运作过程还是在静止状态,均不会产生对人体有害的放射性物质,因此在适用时无放射性污染。热管自身压降小,速率可持续11×104h,达到长寿命稳定运行的效果。

  2.3 热传导热管的优势

  (1)热阻小,传热快

  超导热管具有热阻小、均温性好、启动迅速、导热速度块的特点,轴向热流密度在8.26×106W/cm2以上。自热管的一端加热,数秒钟就可以将热量传递到另一端;因沿热管轴向温差趋于零,可使热管的比哦面温度趋于一致。传热系数高。

  (2)结构紧凑,流动阻力小

  用加翅片的热传导热管制成的散热器,换热面积大,传热系数高,设备体积小,质量轻。由于,空气流动方向与翅片一致,降低了流动阻力。

  (3)良好的维护性

  由于热管之间彼此独立工作,并与LED灯板用螺栓连接,适用分别拆卸和单独更换;设备正常运行期间不需检修,维修费低。

  3 热管散热器设计

  本文针对某厂生产的LED路灯进行散热器的设计。其中热管和翅片的有关设计参数见表1、表2所示,其物理模型见图1。

  4 新型散热器前后散热效果对比

  使用新型散热器前后LED结点温度和翅片表面温度温度随时间的变化对比曲线见图2、图3。

  5 结论

  设计出了一种适用于大功率LED路灯的运用热管技术的新型散热器,并在25℃的环境温度下进行测试,结果表明,此种装置能将发光二极管的热量快速的散布到外界空气中,并将结点温度始终控制在40℃以下。

 

编辑:Cedar

标签:大功率LED路灯  结点温度  热管  散热器  

只有登录之后才可以评论,请点击这里评论

在线评价

表情

输入验证码:   

验证码

发表评论

smile
中国照明网官方在线QQ咨询:AM 9:00-PM 6:00
广告/企业宣传推广咨询:
活动/展会/项目合作咨询: 市场部
新闻/论文投稿/企业专访: 李先生
媒体合作/推广/友情链接: 市场部

中国照明网网友交流群:2223934、7921477、9640496、11647415

中国照明网照明设计师交流群:2223986、56251389

中国职业照明设计师QQ群:102869147

X