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摘要：随着全球对发展低碳经济取得共识，LED照明产业凭借其在节能降耗领域的性能优势将迎来宝贵的快速发展机遇。在当前低碳经济形势下，LED照明产业市场不断升温，竞争日益激烈。因此，下文主要针对LED灯具散热设计进行了科学合理的分析，提出几点节能环保的设计建议，并结合当前的实际工作状况与LED灯具建设方法，进行科学分析。
关键词：LED灯具；散热系统；设计措施
LED是个光电器件，其工作过程只有10%~40%转换成光能，其余电能几乎都转换成热能，使LED温度升高，若不加散热措施LED灯芯温度会急速上升，从而大大降低LED寿命。所以LED灯具散热是十分重要的。随着工业设计的发展，灯具外观的要求越来越高。大部分设计都把外壳和散热器设计成一个整体，这就对散热的设计要求越来越高。
LED灯具散热结构主要有以下部分：
1.LED灯珠发热主要从两个方面考虑，第一，芯片本身光效转换的效率(量子效率)；第二，灯珠封装主要考虑到封装材料，封装结构和封装工艺。这些都是上游产业决定，普通企业一般不好控制，在这里不做过多的讨论。
2.灯珠基板，现阶段基板材料主要有铝和陶瓷，铝基板是一种具有良好散热功能金属覆铜板，一般单面板由三层结构所组成，分别是电路层（铜箔）、绝缘层和金属基层。用于高端使用的也有设计为双面板，结构为电路层、绝缘层、铝基、绝缘层、电路层。极少数应用为多层板，可以由普通的多层板与绝缘层、铝基贴合而成。铝基板导热系数在1.0-2.0 W/(m·K)之间。铝基板导热系数主要与绝缘层有关。陶瓷基板是以陶瓷作为基本材料，陶瓷本身绝缘性能非常好，所以不需要绝缘层，目前市面上陶瓷基板主要是氮化铝陶瓷和氧化铝陶瓷两种，氧化铝陶瓷的热导率差不多在15~31 W/(m·K)，氮化铝差不多在135~175 W/(m·K)。基板的外形要求高，成本控制严格的话可以使用铝基板。对散热要求高应考虑使用陶瓷基板。【导热系数是指在稳定传热条件下，1m厚的材料，两侧表面的温差为1度（K，℃），在1秒内（1s），通过1平方米面积传递的热量，单位为瓦/米·度 （W/(m·K)】
3.导热硅脂，导热硅脂是用来填充LED灯珠与散热片之间的空隙的材料的一种，这种材料又称之为热界面材料。其作用是用来向散热片传导热源散发出来的热量，使LED温度保持在一个可以稳定工作的水平，防止LED因为散热不良而损毁，并延长使用寿命。散热器如不经涂布导热硅脂即按照到基板上，即使是表面非常光洁的两个平面在相互接触时都会有空隙出现，这些空隙中的空气是热的不良导体，会阻碍热量向散热片的传导。而导热硅脂就是一种可以填充这些空隙，使热量的传导更加顺畅迅速的材料。硅脂的涂抹其实并不难，重点在于两个字，“匀”且“薄”。虽然导热硅脂是热的良导体，但相它的导热性依然达不到金属的导热性，因此，只要能保证填满元件表面和散热器之间的空隙，自然是越少越好，而为了保证充分的接触面积，则应保证整个接触面完全覆盖.
4.散热器壳体，应首先确认散热器的材料，材料导热系数对散热影响非常大，下表为散热片惯用材料与常见金属材料的热传导系数。
热传导系数的定义为：每单位长度、每K，可以传送多少W的能量，单为W/mK。其中“W”指热功率单位，“m”代表长度单位米，而“K”为绝对温度单位。该数值越大说明导热性能越好。
选材当然是选热传导系数自然是越高越好，但同时还需要兼顾到材料的机械性能与价格及后加工工艺。铝作为地壳中含量最高的金属，因热传导系数较高、密度小、价格低而受到青睐；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，为此获得许多纯铝所不具备的特性，而成为了散热片加工材料的理想选择。
散热器壳体散热主要途径传导和对流和辐射。假如把热源温度比作水库里的水，传导散热快慢就好像水库排水的快慢，水库排水的速度主要取决于闸门的大小。所以光源与散热片接触部分厚度有很大的关系，热片底部必须够厚才能使热顺利地传到所有的鳍片，使得所有鳍片有最好的利用效率。但是若底部太厚，除了浪费材料，也会造成热量累积，反而使导热能力降低，所以壁厚一般可以做到3-4mm。
对流散热方式有两种：自然对流和强制对流，强制对流是指气体在外力影响下所发生的对流这里不做讨论。自然对流取决于要求壳体与空气的接触的面积，接触面积越大散热越快，所以在灯具设计上外壳都做散热鳍片。由于是空气对流，并不是鳍片越密越好，散热鳍片的使用虽增加散热效果，但也增加了灯具的整体重量和成本，散热鳍片间隙应该做到1/2鳍片的高度。（使用铝合金材料，一般按每瓦20平方厘米设计）。
辐射散热是以热源为中心向所有方向直线放射的一种热量传递方式同时吸收周围物体反辐射回来的能量。任何物体在发出辐射能的同时，也不断吸收周围物体发来的辐射能。一物体辐射出的能量与吸收的能量之差，就是它传递出去的净能量。一切物体的辐射本领等于它的吸收本领，非黑体的吸收本领永远小于同温度下的黑体。所以，同等条件下将非黑色和黑色物体散热能力相比，黑色物体散热明显更快。
参考文献：
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论文作者:冯志明
论文发表刊物:《基层建设》2018年第8期
论文发表时间:2018/5/25
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