LED燈具的散熱設計

散熱器、熱管以及合成噴頭是LED燈具制造者常用的幾種散熱技術，用于驅散產品中的熱量，使它們能夠正常的工作。

FRAN?OISE VON TRAPP 《LEDs Magazine》

溫度對LED的光學性質和電學性質有著直接的影響，同時影響著LED產品的質量和可靠性。在一個典型的LED照明燈具中，在LED芯片中產生熱能，經由LED封裝結構，穿過互聯線路到達金屬芯基材制成的PCB板，在此熱能必須以某種方式消散。從熱量管理的角度來看，設計LED燈具的最大挑戰就是將LED的工作溫度保持在特定值。LED芯片對溫度具有高的敏感度，隨著溫度的上升，LED壽命會縮短；并且在較高溫度時，LED總的光輻射量也會減少。

另外，LED照明燈具通常包括多個LED，產生功耗相當大。形狀因素經過很好界定的標準燈具受到自身大小的限制，這樣就減少了組件的制冷力，有必要革新現有的冷卻方案。


LED的設計

LED燈具的高效冷卻性始于良好的設計，通常，設計人員會采用各種形狀的散熱器來散去燈體的熱量。在許多燈具中，散熱器是燈架設計的主要部分。

對一般的電子器件而言，有被動散熱器和主動式冷卻之分，且兩者結合使用。前者是靠空氣流經一個大面積表面結構來降溫，而主動式冷卻是使用風扇或通過一個具有液體循環系統的冷板來實現的。然而，LED系統設計人員基于一系列的考慮，如聽覺、可靠性、形狀因素以及美學考慮，傾向于避開傳統的主動式冷卻設備。來自德州奧斯汀熱量管理公司Nuventix的銷售總監Mick Wilcox說過，“Telecom曾研究過如何調節風扇的不足”。他們也研究過，通過加入多個風扇來補償，當風扇失效時就將它們換掉。但此方案不適合LED照明，LED的壽命長，該照明系統需要壽命與之相當的冷卻設備。

由于管道的滲漏會對LED燈具造成嚴重破壞，液體冷卻也不是LED燈具制造商所能采納的。幸運地，伴隨LED產業的成熟，呈現出更多的充分考慮其特殊性的解決方案。現在出現了兩種新興的技術，合成噴頭冷卻器和銅熱管，它們利用相變過程代替液體從熱源帶走熱量，可有效地提高傳統LED的冷卻設計。


散熱器：熱主力

Sapa熱管理公司是瑞典一家壓鑄鋁散熱器制造商，該公司市場開發經理Lars-Erik Lindstr?m注意到，盡管LED產業尤其是高亮度LED相對前沿，公司無論大小與新舊，他們在開發和生產散熱器方面都有諸多可能。

如何生產出一個優質散熱器呢？散熱器的形狀、結構設計和材料特性均在考慮之列。印模壓鑄鋁的優勢包括齒形系數（form factor）和“幾乎無限”成型的可能性，但導熱性不好。Lindstr?m表示，“印模壓鑄合金的導熱系數大約為120W/mK。如果用壓鑄鋁代替，該系數可高達210W/mK。”同樣，印模壓鑄散熱器的高寬比乃至效率，也是受金屬成型后從印模中脫離的脫模角度的限制。

Sapa公司開發的壓模鋁散熱器有高的散熱系數，可適應特殊設計的LED燈具。Lindstr?m指出針對工業應用，產品的表面處理相對其功能性和成本效率而言，可能不是最高優先級別的。“然而對于住宅使用和建筑方案，我們可能在設計中加入表面處理，平衡各項比例。來自安大略湖的散熱器制造商Cool Innovation公司發布了一款產品，成排的散熱器狀似向外發散的別針（圖1）。

圖1. 向外發散的別針翼型散熱器。