散热知识培训

前面分析的球泡和灯具，我们只从一种传热方式上去分析，但在实 际设计中，我们需要考虑到多种传热方式。
如上一例子中，讲到的2012~2017年球泡结构的变化，在实际中我
们还考虑到： a) 随着LED更新换代，灯珠发光效率升高，LED产生的热量会减少。 b) 灯珠生产工艺的改进，耐温性能会更好，可以在更高的温度下工 作。
c) 在灯杯底部增加了透气孔，加速对流传热。
考虑到上面这几点之后，我们球泡的总体温度还是在可控范围内的。
在实际设计球 泡时，我们可 以应用哪个方 法去增强散热 能力？
1.增加散热件与热源的接触 面积。 2.尽量让热源与外露散热件直 接接触 3.在温差大的部位增加透气孔。 4.增加外露面的表面积。 5.选用导热系数高且廉价的 材料。 6.选用发光效率更高的灯珠。
这是一款加装风扇的球泡；
优点： 1.散热快，功率高 缺点： 1.外形不好看，体型较大 2.寿命不长，由风扇寿命 决定 3.无法避免噪音 4.风扇成本较高
这款灯具是利用了自然对流方法散热；
在灯具最热的中心位置增加了一些小孔，来加 速空气对流的速度，使散热更加高效
缺点就是灯具不好看
下图是一颗LED的热传导示意图，LED通电后，输入的一部分电能用于发热，热量 通过LED基体传到LED焊接锡层，再传到铝基板，铝基板再传到导热硅脂，再传给 铝型材。
2.对于LED球泡内部而言，发热会影响球泡寿命，发光效率，输入输出参数等。
在灯珠的LM80报告中 有左边这个不同温度 对应不同寿命的表格。 从中显示出LED温度 越低，寿命越长。 55℃寿命33000 V 85℃寿命26000 V 105℃寿命21000
不同温度对应LED的推算寿命
温度对LED灯珠光效的影响图示
分析得出： ① 2012款散热性能最好。
② 2014款因为铝基板和铝杯接触面较小，刚点灯的时候LED温度会极
速上升，然后趋于平稳；且因灯杯与空气接触面减少，整体温度会 更高。 ③ 2016款铝基板的热量需要经过压盖，再到灯杯，增加了压盖传热和 接触热阻，总体温度会更高 ④ 2017款没有了压盖，且与灯杯接触面更小，LED温度会更高
2016年
LED热传导方向：
LED
铝基 板
冲压 铝盖
冲压 铝杯
PBT 灯杯
外界 空气
左图是2017年球泡结构：
17版散热件结构
材料
1060铝材
重量（g）
10g
备注
五件模+注塑模 Φ 54x54mm
PBT塑胶
散热件尺寸
17g
LED热传导方向：
2017年
LED
铝基 板
冲压 铝杯
PBT 灯杯
外界 空气
假设前面四款产品的LED相同，功率相同，现在对这几款结构做散热分析， 得到的的温升曲线会如下图所示。
我们在做球泡时，如果使用对流散热的话，往往外 观和成本不被允许，所以只能去应用传导散热的方 式。
传导散热的特性： 1.物体两处存在温差，热量就会从高温处流向低温处，直至此 两处温度相等。 2.材料导热系数越大，热传导速率越快。 3.物体间热阻越小，热传导速率越快。 4.接触面越大，热传导速率越快。 5.接触面接触的越紧密，热传导速率越快。
热对流的特性：
1.只能发生在流体(气体和液体)之中，且必然同时伴有流体本身分子运动所产生 的导热作用。 2.对流传热系数愈大、表面积越大、传导的热量越多。 3.热原体与环境温度差越大，传热量越多。 4.流体流动速度越大，传热越快。
通过上面的描述，我们可以看出，这两种散热方式我们能改变的因素只有一个。 那就是热对流中的流体速度。而其他影响因素我们都无法人工干预。
左图是2012年球泡结构： 12版散热件结构 材料 ADC12铝合金 PC塑胶 散热件尺寸 LED热传导方向： 重量（g） 81g 15g 备注 压铸模，外表喷油漆 注塑模 Φ 65x79mm
2012年
LED 铝基板 压铸铝 散热器 外界 空气
左图是2014年球泡结构：
14版散热件结构
材料
ADC12铝合金 导热塑胶PA 散热件尺寸
常见材料的导热系数和热阻 材料 PBT PC FR4玻纤板 低导热铝基板 高导热铝基板 AL-6061（型材铝） AL-A380(铸铝) AL-7075(铝板) 导热硅脂 空气 导热系数（单位W/mK) 0.27 0.2 0.2 0.8~1.2 1.6~2.2 160 96 138~144 1.5~6.0（按具体型号细分） 0.028
图1中太阳照在人身上会感到很热，这就是太阳发生了热辐射，将太阳的热量以 以辐射的形式传给外界。
图2中人感到很热，拿来风扇往自己身上吹，就是利用对流形式来给人降温。风扇 将远处低温空气吹到人体表面，人体表面将热量传给与体表接触的空气。
热辐射的特性：
1.一切温度高于绝对零度的物体都能产生热辐射，温度愈高，辐射出的总能量就 愈大。 2.热辐射是唯一可以在真空中传递热的方式。 3.物体在向外辐射的同时，还吸收从其他物体辐射来的能量。 4.物体辐射或吸收的能量与它的温度、表面积、黑度等因素有关 。
温度越高，光效越低
温度对LED灯珠VF值的影响图
温度越高，VF值越低
不同温度下LED灯珠工作电流范围的变化
温度越高，可用的最大电流越小
从前面的这些数据可以看出，发热对于一个球泡，影响是非常大的。 所以做LED球泡开发，就是解决LED球泡发热的问题。
LED球泡发热 解决方案
提高LED发光效率， 让更多的输入能量 转化为光输出
降低LED的输入功 率，减少单颗LED的 产热
通过产品结构、材 料将LED产生的热 快速的转移出去
LED供应商
研发工程师
研发工程师
目前遇到了技术瓶颈 很难再提升
成本太高，在利润 较高的产品上可行
不断优化结构， 使用更新的材料 是目前唯一可行的 办法
通过结构和材料将热量转移出去的设计过程，被称为球泡的热设计或球泡散热设计。 是目前唯一通用且可行的LED球泡发热解决方案。 在做热设计前，我们需要了解散热的几个方法： 1.热辐射 因为热的原因而不断以电磁波的形式向外界发射带热能量的粒子的 过程，称为热辐射。 2.热对流 流动的流体与其接触的固体，因温度不同而产生的热转移过程，称 之为热对流。 3.热传导 物体各部分之间不发生相对位移时，依靠分子、原子以及自由电子 等微观粒子的热运动而产生的热量传递
重量（g）
49g 18g
备注
压铸模+注塑模
Φ 53x68.Leabharlann Baidumm
LED热传导方向：
2014年
LED
PA塑 胶外壳
铝基 板
外界空 气
压铸 铝件
左图是2016年球泡结构：
16版散热件结构 材料 1060铝材 重量（g） 23g 五件模+注塑模，配压盖 备注
PBT塑胶
散热件尺寸
16g
Φ 53x62.5mm
电子产品的最大弊病 ——发热
当一段电阻两端有一定的电压之后，电阻中的电子会在电场的作用下，向着电 势升高的地方移动。但是，它前进的路上布满了很多的分子和原子。电子会和 它们相撞，这样因电场而得到的能量部分会变为相撞时的热能了，产生这部份 热能的过程就是电子产品发热的描述。
发热的危害：
1.对灯具和球泡而言，发热容易导致自燃，损坏电路，严重可引发火灾，造成人员 伤害。