

LED照明燈具散熱如何實現?
(1)選用散熱性能優良的 LED照明光源在燈具散熱系統設計中,首先要選擇熱阻小、散熱性能良好的 LED 或 LED 模塊。解決 LED 本身的散熱問題,一是要提高 LED 芯片的發光效率,減少不發光的非輻射復合,從根本上減少 LED 晶片振動(或振蕩)產生的熱量;二是要優化 LED 結構,加裝散熱裝置。
LED模組的選擇在降低溫升方面起著重要作用。選擇由熱導率高且一致性好的材料封裝的LED燈珠,可提高內部的熱擴散性。采用高導熱性的金屬(一般為鋁)基板作為燈芯板,使散熱片溫度分布均勻,可提高散熱效果。
(2)優化 LED 驅動電路設計,減少電氣系統產生的熱量 LED照明電源都以普通電源尤其是開關電源的拓撲結構為基本架構,但是它與其他電源不同。LED 驅動電源必須在高溫環境下長期工作,并且替代白熾燈和節能燈的 LED 燈的功率一般都低于 25W,體積和空間很小,功率密度較大,因此對驅動電路的要求非常高。
優化 LED 驅動電路設計,必須根據不同的照明應用選擇合適的拓撲結構來獲得較高的轉換效率,最大限度地減少功率損耗,減少驅動電源系統產生的熱量。采用單級變換結構的一些LED 驅動電路,可以不采用對溫度變化敏感的鋁電解電容,這不僅有助于減少 LED 驅動電源的熱量,而且有利于延長電源系統的壽命。
在 LED 照明電源中,應當使用耐高溫的功率型電子元器件,如鋁電解電容,就必須選用高溫型(105℃)的元件。如使用額定溫度較低的常溫型電容,往往在 3~5 年之內就會失效,這就會使壽命達 5 萬小時至少可以使用十幾年的 LED 僅能存留 3~5 年。目前很多 LED燈不能點亮了,并不是 LED 本身失效,而是 LED 驅動電路發生故障所致。驅動電路中的功率MOSFET 應選用導通電阻小、溫度特性好的器件,并且盡可能加配散熱器。驅動電路中的高頻整流二極管應當選用正向電壓降低、整流效率高的肖特基二極管,以減少其產生的熱量。
此外,驅動電路選用帶調光功能的控制器,在低光照就可以滿足照明需求的情況下,將LED 亮度調暗,則可以降低 LED功耗,防止其過熱。尤其是對小于 25W 的 LED燈具來說,因為印制電路板尺寸小,而封裝空間有限,散熱問題尤為關鍵。調光解決方案是防止 LED 長時間工作過熱的一個重要途徑,該方案顯得非常重要。
(3)加裝散熱器是目前普遍采用的主要散熱方式利用微型電風扇可以主動消除 LED 的熱量,但這種強制性的散熱方式對于小于 25W 的 LED 燈具來說,因其內部空間太小是難以實現的,另外,這種散熱方案需要額外的電能,降低了照明效率,帶來了噪聲,而且機械運動部件容易損壞,從而降低了系統可靠性。LED 燈具的理想冷卻裝置必須具有小巧、高效、靜噪和高可靠的特點,加裝散熱器是目前經濟實用的主要散熱方式。
大部分金屬都是熱的良導體,尤其是鋁框架最適合用作 LED 的散熱裝置。
像 LED 路燈,空間幾乎不受限制,可以將 LED 置于一個大鋁板上,用于 LED 被動式散熱。家庭和辦公室照明都有空間限制,因此需要為燈具定制專門的散熱器。
圖 5-9 所示為 Nuventix 公司的 SynJet 無風扇冷卻器。它采用合成射流設計,需要的電流遠小于一臺電機,采用 5V 電源工作。冷卻器使用一個電磁耦合的隔膜,電磁驅動器以 100~200 次/s 的速度振蕩隔膜,通過極小的噴嘴脈動出高速空氣射流。一旦氣體離開噴嘴,就會裹挾周圍空氣與它一起拉動空氣,這很像龍卷風拉動周圍空氣一樣。標準 SynJet 產品一種是MR-16 結構,另一種類似于 PAR-38 式燈座,MR-16 和 PAR 式結構的散熱器適用于 20W 和 50W 的 LED 燈具。
用 LED 燈泡替代白熾燈和 CFL 節能燈,人們希望能將 LED 燈泡擰入到先前的舊式插座中。但是,燈具設計人員千萬不可受傳統燈具設計觀念的束縛。事實上,舊式電燈插座并不適合用來安裝 LED 燈泡。LED 燈具設計首先要有利于散熱,其次是燈具造型。圖 5-10 所示為Viata 公司生產的 WayCool9920 系列 LED 筒燈外形。這種筒燈的散熱器可以保證 LED 結溫低于 35℃,且提供 7 年的質保期。其設計使用壽命為 80000h,功率為 15W,色溫是 4100K,光效為 731m/W。
(4)驅動電源與 LED 燈體分離 LED照明電源本身產生的熱量會增加 LED 燈的溫升。電源與 LED 燈一體化設計會使 LED 燈整體受熱不均勻,容易造成燈具疲勞和早期失效。分離電源后,整燈的溫度分布是均勻的。
(5)PCB 散熱設計對于熱阻差距較小的 LED 器件來說,選用不同的 PCB 設計方案會極大地影響最終系統的熱阻,進而影響系統溫度。除此之外,散熱材料的材質、厚度、面積以及散熱界面的處理、焊接方式、焊接條件都是燈具廠商所要考慮的因素。
(6)采用溫度控制電路來限制 LED 燈的溫升在 LED 燈具系統中,可以加人一個溫度控制電路來限制溫升。當 LED 燈溫度超過設定的門限時,溫度控制電路動作,使驅動電源輸出適當降低;當溫度下降到一定值時,驅動電路恢復到正常工作狀態。
LED 燈離線式驅動電源的 AC 輸人電壓為 220V,DC 輸出電流為 1.2~1.7A(可調),輸出電壓自適應(36~39V)。在溫度控制電路中,RP 為可調電阻器;KT 為溫度繼電器常開觸點,其閉合溫度是 56℃,自動斷開溫度為 45℃;RT 為 NTC 熱敏電阻。溫度繼電器觸點 KT 和 NTC 熱敏電阻 RT 均安裝在 LED 模塊上,并與模塊緊密接觸。在常溫下,KT 處于斷開狀態,RP 起控制作用,將輸出電流設定在 1.6A。當繼電器溫度達到 56℃時,KT 則自動閉合,溫度控制電路開始工作,以減小輸出電流(Iour≤1.35A)。當繼電器溫度降至 45℃時,KT 自動斷開,驅動電源電路恢復正常工作狀態,借助 LED 模組散熱器將熱量散發到大氣中。