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如何解决LED照明中的发热问题

LED以其体积小、耗电量低、环保、稳固耐用以及光源颜色富厚等特征。备受广大年夜用户的青睐。然则今朝LED照明的成长面临的瓶颈之一便是散热,本文将经由过程阐发照明历程中的发烧问题对LED的影响,来引出散热技巧在LED照明中的紧张性,并且就今朝以及将来的散热技巧做概括和阐发。

一、LED照明中存在的发烧问题以及影响

1.LED照明存在的发烧问题

在应用LED照明历程中,与应用传统照明要领一样,必要将电能转换为光能。然而在这两种要领中,没有一种能够完全地将电能转换成光能,而且只能将少数部分的电能转换成光能,另外大年夜部分电能(60%一70%)在LED发光、照明的历程中转化成了热能。尤其是对付大年夜功率的LED器件及照明灯具来说,跟着功率的赓续增大年夜,LED内部芯片的温度也会徐徐上升,而且LED内部芯片以及其它器件的机能会跟着温度上升而下降,以致掉效。终极导致LED器件无法事情。从根本上讲,结温的上升低落了PN结发克复合的几率。表现在光源上便是发光亮度下降,孕育发生了饱和征象。是以发烧问题是LED成长历程中亟待办理的问题。

2.发烧问题对LED的影响

在上面发烧问题中提到,发烧问题不仅会影响到LED器件的寿命,还能够影响到发光亮度。履历证实,LED尤其是大年夜功率LED的寿命主要依附于芯片的结温,温度越高。靠得住性越低,事情寿命越短。是以不仅必要从LED材料、制作要领、封装布局以及发光道理等方面综合设计LED器件,更紧张的是办理今朝存在LED器件以及灯具中的散热问题,选择相宜的封装布局、合理的散热要领,并利用到LED照明中。

二、LED照明散热技巧现状

针对LED器件以及灯具在电能转化为光能方面的局限性,提出了散热技巧这一观点。散热旨在办理在LED照明历程中,撤除电能转化成的那一部分光能,由电能转化成的热量对LED内部芯片孕育发生的影响(使得芯片机能下降、老化以致掉效)。

1、影响LED散热的主要身分

影响散热的主要身分有材料属性(导热率)、封装布局、封装材料、芯片尺寸、芯片材料、芯片上电流密度等。一样平常环境下,LED照冥器件以及灯具是由芯片、电路基板、外部散热器以及驱动器四部分构成。是以今朝存在两种散热设计规划:一是削减LED 器件由电能转化成热能,实现历程必要经由过程前进LED内部器件的内量子效率,从而前进LED的出光效率,进而从内部办理LED在照明(应用)历程中孕育发生的散热问题;二面是从外部设计斟酌启程,经由过程改变LED器件以及灯具的封装材料或者封装要领,以达到减小封装热阻的目的,无意偶尔还必要设置设置设备摆设摆设相宜的散热器来办理高结温问题,进而实现延长LED器件的应用寿命。

2、今朝存在的散热要领

因为在技巧方面的局限性,今朝多采纳改变LED照冥器件的外部设计或者应用散热器的措施来办理散热问题。LED照冥器件的散热要领今朝有很多种,可以分为封装级散热要领和灯具级散热要领。封装级散热要领,顾名思义,它是经由过程优化LED内部封装布局以及材料来达到减小封装热阻的效果,主要分为封装布局方面的硅基板倒装芯片(FCLED)布局、金属线路板布局等和材料方面的基于基板材料和粘帖材料的择优拔取原则。

而灯具级散热要领主如果指热量从封装基板到外部散热器的通报历程中实施散热的要领,主要分为被动散热和主动散热,主动散热是指经由过程系统以外的能量驱动,将LED 内部芯片以及本身器件的热量披发出去,主要包括加装风扇强制散热、液冷散热、半导系统体例冷散热、离子风散热和合成射飘泊热等;而被动散热是指仅经由过程散热器本身,将在LED照明历程中孕育发生的热量分散出去,达到低落结温的效果,主要有直接自然对飘泊热和热管(平板热管、环路热管和翅片式热管)技巧散热两种。

3、几种散热要领举例

(1)材料的择优拔取原则

在采纳这种散热要领的条件便是封装布局已经确定,可以根据已经确定好的封装布局选择最相宜的封装材料来前进系统导热机能,进而削减LED照冥器件的封装热阻,终极达到系统散热的效果。封装材料可以大年夜致地分为基板材料、粘贴材料和封装材料三种。

就基板材料而言,LED照冥器件中涉及到的散热技巧要求基板材料具有高电绝缘性、高稳定性、高导热性以及芯片匹配的热膨胀系数。常用的基板材料主要有硅、金属(铝、铜等)、陶瓷(A1N、SiC)和复合材料。

(2)液冷散热

液冷散热要领是一种使用液体在泵的强制带动下游经散热器外面的要领,耗散热量的散热技巧。美国厂商Etemaleds曾推出一种“水冷式”LED灯——Etemaleds HydraLux一。它采纳液冷散热要领,不仅省去了用于冷却灯泡内部的散热管、散热片及风扇等,而且没有在灯泡的上半部分包覆散热材料,它的光放射角扩大年夜到了360度。

由上面的先容可知,液冷散热要领是一种主动散热要领,然而液冷散热要领在制作历程繁杂且难于实现,价格高,不适用于高温、震荡等恶劣情况;而且在液冷散热要领在LED照冥器件利用中,要求密封高的液体轮回致冷装配,假如在临盆历程中稍有欠妥,就会造成LED器件的损毁。

三、LED照明散热技巧的进展

跟着今朝LED照明技巧的日渐成熟,以及LED照明利用的遍及,现有的散热技巧不仅是基于封装布局、材料的,而且还有基于能量通报历程的。就封装材猜中的基板材料在近几年中有了新的成长,且最新趋势指向了对付硅基氮化镓(GaN—on—Silicon)的研发。在与已有的蓝宝石基板比拟之下,硅基氮化镓有以下特征:能够削减热膨胀差异系数,能够强化LED发光强度,制造资源低、散热效果显明。是以硅基氮化镓受到了LED临盆商的青睐。

四、结语

与传统的照明技巧比拟,LED并没有完全取代传统的光源,这是因为在LED照明技巧方面仍存在着许多关键性问题,主要的瓶颈之一便是散热问题。虽然现有的散热要领有很多,然则还存在局限性,如实现艰苦,资源高、导热机能差、情况要求高以及技巧不成熟等。是以在LED照明散热技巧方面还有待深人钻研和成长,以便为LED相关技巧的成熟成长和LED的广泛利用奠定根基。

滥觞;led网

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