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LED灯具照明散热器应如何设计?

2022-04-13 22:41:56 来源:本站   作者:超级管理员

LED灯具照明散热器应如何设计?

LED灯具二次散热设计的材料和部件主要有散热基板、黏结层材料和散热装置 3种。

散热基板的作用是与 LED照明内部的热沉相连接,将热量导出和散发掉,是为了解决单元LED之间的电路连接与散热通道相互独立的问题而采取的技术手段。散热基板有金属 PCB 和金属基复合材料板两种类型。常见的金属 PCB 是金属低温绕结陶瓷基板,优点是成本较低,但是存在膨胀系数大和相对密度大等问题。金属基复合材料为金属 PCB 的改进型,具有热导率高、相对密度小和膨胀系数可调节等特点。

LED照明芯片与热沉的黏结材料有导热胶、导电银浆和锅浆 3 种。导热胶的硬化温度低于150℃,热导率低,导热效果较差;导电银浆的硬化温度低于 200℃,具有良好的导热性和较好的黏结强度;锅浆的导热性优于上述两种黏结材料,导电性能也很好,因此被广为采用。

散热器材料的选择原则如下:

①导热性能好。

②易于加工,延展性好,高温相对稳定。

③价格相对低廉,易于采购。

目前所使用的散热器材料均为金属,表 7-12 给出了一些常用材料及其热导率。

铝作为地壳中含量最高的金属,因热导率较高、密度小、价格低而受到青睐,成为了散热器加工的理想材料选择;但由于纯铝硬度较小,在各种应用领域中通常会掺加各种配方材料制成铝合金,以获得许多纯铝所不具备的特性。各种铝合金不同的成型、加工方式,应用于不同的领域。表 7-12 中列出的 5 种不同铝合金中,AA6061 与 AA6063 具有良好的热传导能力与加工性,适合用于挤压成型工艺,在散热器加工中被广为采用。ADC12 适合用于压铸成型,但热导率较低,因此散热器加工中通常采用 AA1070 铝合金代替。AA1050 则具有较好的延展性,适合用于冲压工艺,多用于制造细薄的鳍片。

为了增加散热效果,即增加散热器表面与空气的接触面积,散热器的外表面可被制成鳍片状。鳍片的形状也有多种多样,并且鳍片的数量、位置、尺寸大小、倾斜角度及厚薄等都需要进行认真研究。除了常见的直线形外,还有波浪形、螺旋形、圆柱形和锥台形等,不一而足,目的是为了便于空气对流、雨水冲刷,以获得最佳的散热效果。

散热器的制作工艺主要是铝挤压工艺,采用这种工艺制作的散热器。铝挤压工艺技术相对简单,适合用于大批量生产。铝挤压散热器的鳍片(也称作腮片)高度 Pin 与两邻的两枚鳍片间的距离 Fin 之比(Pin-Fin 比)越大,散热器的有效散热面积也就越大,代表铝挤压技术越先进。高档散热器的 Pin-Fin 比高达 18。

散热器还可以采用切割工艺制作。切割后的散热鳍片既薄又密,从而增加了散热面积。但是,切割工艺的技术要求高,加工难度大,一般很少采用。

为使散热器能够满足吸热快、热阻小和散热快的要求,除要求散热器性能优良外,还要求散热器与LED模块接触部分的吸热底紧密结合,不留缝隙,并要求吸收热底有足够的厚度,以增加横向热传导能力。

在二次散热设计时,首先计算热阻和结温,看能否满足 LED照明的散热要求,如果可以满足散热要求就直接输出结果;如果不能满足 LED照明的散热要求,就要进行散热器设计。然后看设计能否满足 LED照明的散热要求,如果能够满足散热要求就需要下一步的优化设计;如果不能满足要求就必须进行散热器设计,直到能够满足要求为止。


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