散热器采用鳍片的形状是为了加大散热面积。以利于辐射散热和对流散热。散热器的最重要指标就是它的散热面积A,但是散热器的不同部位的散热效果是不同的。在根部的散热效果就差,而在顶部的散热效果就好。所以散热器有一个有效散热面积。它通常是实际面积的70%左右。从经验得出,一般要散1W功率的热量大约需要50-60平方厘米的有效散热器面积。
而散热器的材料通常是用铝合金,和铜相比,虽然其热传导只有铜的一半,但是它重量轻、易加工、价格便宜,所以还是广泛地应用于散热器之中。一种典型的散热铝合金型材如图11所示。
图11.典型的鳍片铝合金散热器
为了加大散热面积,通常会采用增加高度的方法。但是,高度增加到一定程度以后其作用会越来越小。图12表明增加高度对于降低结温的影响的一个例子。
图12.LED结温随散热器的高度增加而降低
由图中可以看出,高度增加到40mm以后,结温的降低就很慢了。
加大长度也是加大面积的一个方法。但是并不是长度越长越好。
由图中可知,长度增加到一定程度以后,结温不但不再降低,反而会升高。这是因为空气在沿长度方向的流动受到阻碍所致(主要对于垂直放置的鳍片为如此)。
所以对于散热器来说,除了加大面积以外,如何加速空气的对流是很重要的事,尤其是像LED路灯这类安装在室外的路灯更为重要。由于室外的风向是不定的,为了在各种风向情况下都能有很好的对流,最好采用针状鳍片散热器。但这也减小了其等效散热面积很大的百分比。
珠海南科首次把针状散热器应用至LED路灯中,据说这可以使LED的结温降低15度以上,提高了LED的寿命。
路灯散热器往往由于灰尘和鸟粪的积累而使其散热效果大为降低,所以通常采用朝下安装的方法来避免,但是这样做又会使空气对流的效果降低,因为热空气是向上流动的。通常要在安装时有一个倾斜角来改善。
九.采用强制风冷散热
目前几乎绝大多数的LED灯具都是采用自然空气对流来散热的。然而,对流的散热效果是和空气的流速是有密切关系的。在一个15W的LED灯具中,如果采用强制风冷可以得到其LED的结温和风速的关系如图15所示。
图15.LED结温和风速的关系
在电脑的CPU中,从来都是采用小风扇的强制风冷系统来散热的。那么在LED中能不能也采用风扇来散热呢!
目前最大功率的LED灯具要算是LED路灯了。LED路灯和电脑最大的差别就是它是安装在室外的十分恶劣的环境条件下的。如果采用风扇,那么这种风扇也必须能够承受十分恶劣的环境条件。例如必须能够防水、防潮、防尘,能够承受高低温的考验,等等…。而且它本身不能消耗很大的功率。
最近***Sunon公司推出全球最小、最薄、耗电量最低的“毫米科技风扇与鼓风扇MightyMiniFan&Blower。并用于各种功率的LED灯具。例如,应用于LED球泡灯,就可以突破9W的瓶颈限制而达到15W的水平。同时展示全新“One-module”概念所设计的LED散热模块,将LED灯具散热模块化,一款散热模块可应用于多款LED灯具,简化客户端的设计流程,预计推出可散热7-15W、10-25W、25-40W几种功率水平。可应用于LED球灯、筒灯、MR16投射灯、LED轨道灯等各式LED应用产品的散热。
十.结束语
目前LED的发光效率还是比较低,从而引起结温升高,寿命降低。为了降低结温以提高寿命就必须十分重视散热的问题。LED的散热设计必须从芯片开始一直到整个散热器,每一个环节都要给于充分的注意。任何一个环节设计不当都会引起严重的散热问题。过去的LED路灯在长期工作中的大量失效,一半以上是散热设计欠缺所引起,另一半是电源失效所引起。所以对散热的设计必须给以充分的重视。随着LED的光效逐年提高,它的发热问题也会逐渐降低。相信总有一天我们会看到不需要散热器的LED灯具的出现!