靈活選擇LED燈泡散熱處理 切合實際應用需求
一般來說,LED燈泡中的二極管在發(fā)光時所產(chǎn)生的廢熱,會通過Slug、Board…等多個零組件的引導之后,再排放到周圍的大氣環(huán)境中,熱量傳送在二極管與Slug、Slug與Board之間,主要靠的是熱傳導型式,至于由Board傳送到大氣環(huán)境中,則是有熱傳導、熱對流及熱幅射3種。LED照明業(yè)者在規(guī)劃產(chǎn)品的散熱設計時,可先對此傳導過程進行散熱分析,借以計算出每一段環(huán)節(jié)中的熱阻值大小,然后再針對表現(xiàn)較差的部分加以改善。這樣解決散熱問題的做法會比較能看出成效。
分析熱傳導形式 解決LED散熱問題
以熱傳導效率的改善為例,我們可以透過設法增加Slug/Board的幾何尺寸面積,亦或是直接選用高導熱材料來制作散熱元件的方式來進行,以降低該部分的熱阻值。而對于二極管與Slug、Slug與Board之間因面積大小差異、溫度分布不均而所衍生出的擴散熱阻問題,簡國祥則建議可由減少面積比、增加元件底板厚度、提高材料本身的熱傳導系數(shù),以及強化熱對流效果…等層面來下手。增加底板厚度是較為常見的做法。當其厚度增加時,因面積比所造成的差異效應便可縮小,熱往垂直方向與向兩旁水平擴散的速度會更趨于一致,從而使得其擴散熱阻問題的影響變小。
如果受限于空間的考量,底板厚度無法再增加時,業(yè)者或許也可透過增加熱導管…等方式,強化底板橫向的熱傳導系數(shù),以縮短垂直與水平方向熱傳導的差異。這表示底板厚度薄時,增加其橫向熱傳導系數(shù)的效益也就越高。雖然厚度增加會減少擴散熱阻,但相對也會使一維熱阻值增加。業(yè)者必須要透過實驗與計算的方式,設法在此兩者之間取得平衡,以找出底部最佳的厚度。但一般來說,當二極管與Slug、Slug與Board之間的面積差異越大時,最佳厚度也會有跟著增加的趨勢。
至于在熱對流方面,除了因所處環(huán)境的需求,必須利用風扇…等方式進行強制對流之外,一般業(yè)者為避免增加其產(chǎn)品散熱元件體積及制造成本,通常都會采用自然對流的方式設計。當Board幾何面積越大,或熱對流系數(shù)越高時,其熱對流的熱阻值就越小。但不幸的是,通常Board幾何面積越大時,熱對流系數(shù)則相對越差。因此人們在規(guī)劃LED燈泡布局時,一般會取其Board的幾何面積與熱對流系數(shù)相乘之后的最大值來進行設計。另外對于散熱鰭片的設計,由于其熱量會由底部傳至尾端的方式進行散熱,因此其熱傳導系數(shù)、熱對流系數(shù)與厚度值,都會影響散熱鰭片的最適尺寸。在一般的情況下,當散熱鰭片厚度、熱傳導系數(shù)越高時,鰭片散熱效率就越好;而相對而言,當熱對流系數(shù)越高時,鰭片散熱效率會越差。這也就是說,如果熱對流效果很好時,散熱鰭片所需要的尺寸便越小。因此一般采自然對流的散熱鰭片通常會比較高大,而鰭片與鰭片之間所應保持的距離也會越寬。
LED燈泡散熱處理 需切合實際應用需求
除了上述的熱傳導及熱對流外,熱幅射也是LED燈泡散熱的一項重要機制。熱幅射的效果好壞與材料的表面狀況有關。以散熱鰭片為例子,在大小及間隔固定的條件下,其鋁材質(zhì)表面是否有拋光,還是已經(jīng)被氧化,對于其熱幅射效果就有很大的差異。另一方面,也由于熱幅射表面必須要有溫差,并且能直接看到彼此,才能進行熱傳,因此對于某些款式的燈具,熱幅射的散熱效果,有時甚至比其它兩種更好。
不同的燈具設計及照明需求,所應采用的散熱技術也會有所差異。象是發(fā)光效率、半導體材質(zhì)、光源分布狀況、熱量傳輸?shù)木嚯x、外部所能接觸到的氣流環(huán)境…等變量,對于燈具散熱元件的設計即有很大的影響。舉例來說,若LED燈泡的發(fā)光效率能夠提升至90%,讓電流轉(zhuǎn)換成的熱量減少,或是所采用的半導體元件材料在較高溫度下仍可正常運行,自然便能縮小散熱元件所需占用的面積。“而有的燈具(如嵌燈)會處于相對密閉的空間,有些(如投射燈)則可直接曝露在大氣或冷房環(huán)境之下?!币虼司唧w的LED燈泡散熱處理設計方式,應該要視其需求與所處狀況而定。
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