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LED照明灯具——外壳(2)

2024-01-08 16:37:13
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(2)散热器

散热器是LED灯具中很关键的一个部件,它的形状、体积、散热面积都要设计得恰到好处。若散热器太小,LED灯具工作温度太高,会影响发光效率和寿命;若散热器太大,则消耗的材料多,会增加产品成本和重量,使产品竞争力下降。因此,设计合适的LED灯具散热器至关重要。散热器的设计包括以下几个部分。

①明确LED灯需要散热的功率。设计散热器时要用到的一些参数有金属的比热和导热系数、芯片的热阻、散热器的热阻、周围环境的热阻等。

②确定散热方式(自然对流散热、强风冷却散热、热管散热以及其他的散热方式)。从造价上比较,自然对流散热的造价***低,强风冷却散热的造价居中,热管散热的造价较高,喷气制冷的造价***高。

③确定LED灯具允许的***高工作温度(环境温度加灯具允许温升)。

④计算散热器的体积和散热面积,并确定散热器的形状。

⑤将散热器与LED灯组合成完整的灯具,并通电工作8h以上,在39~40℃的室温环境下检查灯具的温度,看是否满足散热要求,以检验计算是否正确。如不满足使用条件,则要重新计算和调整参数。

⑧散热器与灯罩的密封要做到防水、防尘,灯罩与散热器之间要垫抗老化的橡皮垫或硅橡胶垫,再用不锈钢螺栓紧固。

LED的工作工况和散热不仅直接关系到LED实际工作时的发光效率,而且还关系到LED的使用寿命。在户外使用的灯具应具有一定等级的防尘防水功能(IP),而良好的P防护往往会妨碍LED的散热。解决这对矛盾是设计LED灯具时应关注的一个重要方面。这一方面也是国内把LED应用于普通照明灯具中时出现不合格及不合理的情况***多的。国内目前使用中出现的不合格及不合理的情况基本有以下几种。

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P45及以上等级,无法满足GB700052005EC6598-2-3标准的要求。

②采用普通的灯具外壳,在灯具出光面内使用矩阵式LED,这种设计虽说能满足P试验,但是由于灯具内不通风,会造成在工作时灯具内腔的温度升高到50~80℃,在如此高温度的工况下,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。

③在灯具内采用风扇对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进入,出风口设计在下射LED光源的四周。另外,散热器和LED(光源腔)不处于同空腔内,这种设计如做得好,灯具的P试验要求就能顺利通过(有一企业采用了上述设计思路,其产品还通过了VDE的P65试验)。这一方案不仅解决了LED的散热问题,而且同时满足了P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室外灯具的使用场合,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(3个月至半年),其内部散热器的缝隙内就会塞满灰尘,使散热效果大打折扣,***后还会使LED因工作温度过高而使用寿命明显缩短。这一方案的不足是不能持久良好地使用

要兼顾灯具中LED的散热及P防护,较合理的设计指导思想是在关键的散热位置采用导热板。导热板的内部均布有供冷媒流动的细导管,并且细导管内充有冷媒,当导热板的某部位受热时,细导管内的冷媒会快速流动而使热量迅速地传导出去。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。

把灯具的外壳设计成散热器状,目前大部分LED室外灯具的外壳是采用铝材制作的,直接利用灯具外壳作为散热器既可以保证满足IP防护等级的要求,又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,可以由自然的风雨进行冲洗,从而可保证散热器工作的持续有效性。

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