关于大功率LED灯具的散热结构设计

关于大功率LED灯具的散热结构设计
[摘要]大功率LED灯具，因功率相对较大，对散热性能层面的要求更高，因此，设计者要更加重视对其内部散热结构的合理设计工作。

鉴于此，本文主要
探讨大功率LED灯具内部散热结构的合理设计，仅供参考。

[关键词]LED灯具；大功率；散热结构；合理设计；
前言：
伴随现代人们对LED灯具实际需求量的不断增加，LED灯具生产制造得以持
续发展，对其内部散热结构也提出了更高要求，尤其是针对大功率LED灯具而言，其散热性能层面要求较高，若想充分满足这些实际需求，那么做好大功率LED灯
具内部散热结构合理设计，对大功率LED灯具内部散热结构的合理设计开展综合
分析较为必要。

1、关于大功率的LED灯具及其散热装置概述
大功率的LED灯具，从属一种LED的节能灯具，与小功率的LED节能灯具相比，大功率的LED节能灯具呈更高单颗功率，更高亮度及价格。

从能量层面分析，热属于能量传递的一种方式，并非属于能量。

外部能量在冲击分子情况下，能量
会经高能分子逐渐传递给其底部分子。

而若是以微观角度分析，则能量偶传递的
便是热。

对于热量传递，以热传导、对流、辐射这几种方式为主[1]。

除LED的芯
片之外，LED灯具内部散热装置接触导热是否良好，是保证LED灯具实现稳定照
明一方面重要因素。

故而，有必要提高对大功率LED灯具内部散热装置结构、制
作及安装各项工作重视度。

经热对流和热传导，确保大功率的LED灯具内部热量
可被疏散至空气环境当中，散热装置通过提升自身导热能力，扩大散热的有效面积，确保自身更具散热性，满足大功率的LED灯具正常照明需求。

可以说，大功
率的LED灯具内部散热装置所起到作用以散热及防护为主。

2、结构设计
2.1 在设计方法及材料选用层面
一是，在设计方法层面。

1A、700mA、500mA 均属于大功率LED的驱动电流，功率较大情况下，荧光粉老化加速、出光率下降、LED芯片当中热量积聚等相关
问题的出现，致使较大功率LED灯具内部散热装置使用寿命无法得到保证。

LED
灯具最大功率，其会受到封装结构总体设计优化实施程度和LED芯片内部热沉材
料的热导率等所影响。

大功率LED灯具内部散热结构总体设计期间，一般选定以
流体的动力学为基础软件实施仿真分析，流体固体边界及黏性会影响着流体实际
流动阻力，流动当中流体受具备及沿程的阻力所干扰。

故大功率LED灯具内部散
热结构总体设计期间，可以自然散热为主要方式，结合基础约束条件，设计所需
外部轮廓图。

对大功率LED灯具内部散热装置基板厚度及齿形状、齿间距、散热
齿实际厚度各项参数，实施合理设计。

依照着散热装置现行喝酒准则及要求，积
极落实好优化设计相关工作，以保证大功率LED灯具内部散热结构达到良好设计
成效。

二是，在材料选用层面。

选定大功率LED灯具内部散热装置材料期间，设计
者应当充分考虑到材料工艺性、导热能力极强价格各个层面。

导热系数实际大小，对导热能力起着决定性作用。

越大的导热系数，则其导热能力就相对较强。

金属
材料当中，银呈最高导热系数，但价格昂贵。

其次则是铜和铝，其中铜的价格相
对较高。

大功率LED灯具内部散热装置，通常选定铝合金此类材料，因铝合金的
重量相对较轻具备、具备着优良加工性能、表面处理极具便捷性，且呈较低成本。

通过选定铝合金为大功率LED灯具内部散热装置材料，以挤压或是压铸方式达到
成型制作目的。

2.2 在翘片设计层面
大功率LED灯具成品通常借助散热片达到散热目的。

散热片产生散热作用，
它基本上是借助散热金属表面和空气产生对流，达到散热目的。

故散热片材料、
形状、散热面具体面积等，属于散热片自身散热性能关键性影响因素，需设计者
开展大功率LED灯具内部散热结构总体设计期间予以充分考虑在内。

散热片尺寸，以散热翅片实际厚度、高度、间距、散热底板实际厚度等为主[2]。

那么，结合现
有实验研究结果可了解到，伴随散热翅片实际间距的不断增大，致使芯片结温呈
先减后增趋势；伴随散热片当中基板厚度不断增加，芯片结温呈先减后逐渐趋于
稳定状态；伴随散热翅片实际高度不断增加，该芯片结温呈先快速下降，后缓慢
下降，再趋于稳定这一状态之中。

故设计者设计散热结构期间，可结合现场测试
数据，实现对散热翅片实际高度、厚度及间距各项参数最优选定，便于保证大功
率LED灯具整个散热结构达到良好设计效果。

如可结合数值模拟及测试结果，可
确定散热翅片最佳数量是36片、翅片宽度是2.11mm～3.12mm，且翅片高度是
67mm，，确保顺利实现自然对流；同时，因大功率LED灯具产品散热结构当中，
翅片总体布局对散热装置内部的气流组织及其换热系数有着直接影响，故散热装
置选定波纹状的翅面结构予以布局设计，制造紊流，便于弥补平板翅片散热装置
单纯依赖于自然对流达到散热目的这一缺陷问题。

设计者还可结合实际需求情况，在翅片间设钉柱翅柱的复合类型散热装置，借助钉柱经散热装置，致使气流受到
一定扰动，达到散热性能有效提升目的。

同等风速条件之下，翅柱形式散热装置
表面Nusselt数高于平板翅形式散热装置约30%~45%；处于同等泵送功率条件之下，翅柱形式散热装置收益因子于平板翅形式散热装置约20%。

那么，通过翅柱
形式散热装置的合理选用及设计，确保大功率LED灯具总体散热结构达到良好设
计效果。

2.3 在加设热管或是均温板层面
大功率LED灯具整个散热结构当中，热管有着多种应用方式，常见形式主要是，对热管的吸热端顶端位置直接焊装LED的灯芯片，把热管加工制作成为回路
及平板等特定形式结构后，再予以安装。

在一定程度上，该热管所具备优势特点
加表现为：可促使大功率LED灯具所产生热量被快速传导到相对较远位置，实现
对大功率LED灯具总体散热结构更具便捷化地设计，保证达到良好散热性[3]。

3、结语
综上所述，为更好地开展对大功率LED灯具内部散热结构的合理设计工作，
则需广大设计者结合实际需求及标准，合理确定最佳的设计方式，并应当了解到，大功率LED灯具，其是借助散热装置达到散热目的，所用材料一般是高导热率类
型的材料。

而相同的厚度及截面积相关几何形状具体参数条件之下，相比较于银、铜等来说，铝合金此类材料各项性能较为突出，故对大功率LED灯具内部散热结
构来说，建议选定铝合金类型材料。

此外，设计者还应当注重对翘片的合理设计，结合实际需求，可加设热管或是均温板，便于达到大功率LED灯具内部散热结构
良好设计目的。

参考文献：
[1] 徐勇. 大功率LED灯具散热及可靠性研究[J]. 工程技术研究, 2020,
25(014):211-212.
[2] 田豪杰. 一种新型散热结构的大功率LED灯, CN111503552A[P].
2020,39（022）：333-334.
[3] 陈锦华, 何邦贵, 周光盛. LED汽车灯散热器结构设计与散热分析[J].
农业装备与车辆工程, 2021, 59(017):428-429.。