LED照明光源的温升与散热

LED照明灯具作为第四代照明光源，具有节能、环保、寿命长、体积小等特点，且LED光谱中没有紫外线和红外线，热量低和无频闪、无辐射，废弃物可回收，没有污染，不含汞元素，属于典型的绿色照明光源。作为一种高效节能的新型光源，由于生产工艺和性能不断进步，LED照明逐步取代其它照明领域已经成为一种必然趋势。

1 LED照明光源温度升高的原因分析

目前限制LED照明发展的限制因素除成本外，就是散热问题。LED属于半导体发光器件，随着自身温度的变化，其特性会有明显的变化。研究表明，LED的结温越高，光源越早出现光衰，寿命就越短。若以光衰降至70%时作为LED正常使用的标准，当结温为65℃时，LED寿命更可达到9万小时~10万小时；结温升到75℃，寿命降至5万小时；结温为95℃时，寿命为2万小时；当结温为105℃时，光源寿命只有一万多小时。由此看来，延长LED光源寿命的关键就是要降低结温，加速LED灯具的散热效果。

LED在电源的驱动下，不仅产生光能，还产生大量热能。对于LED芯片来说，体积较小，其本身的热容量也很小，产生的热量不能及时传导出去，因此会产生很高的结温。LED光源，除了作为可视光消耗的能量外，其它能量都转换成了热能，大约70%的电能都变成了热能。另外，由于LED封装面积小，通过对流和辐射的散热少，也使LED光源积累了大量的热，使LED光源的温度升高。

2 LED照明关于散热不良的危害

2.1 电子元件变形

LED灯具由多个电子元件构成，每个元件的材质的热膨胀系数也不一样。当温度升高时，组合在一起的元件的膨胀率就不一样，就可能使材质发生弯曲变形，甚至会在连接处因为应力过大产生裂纹。

2.2 电子元件烧断

LED作为热源的半导体元件，当温度上升时，其阻抗就会变小，电流增加，热能增加，温度上升，这样周而复始的恶性循环，容易发生电子元件烧断的电路故障。

2.3 加速封装材质老化

LED芯片的封装多采用环氧树脂，当温度升高时容易氧化、老化和脆化，使得其对光的透射率下降，进而造成LED的出光量降低，温度越高此现象越明显。经过反复经过高温作用，材料多次膨胀和冷缩，会降低材料的强度，从而破坏了材料的性能而失效，影响其使用寿命。

3 LED照明光源散热措施

3.1 加强LED芯片的散热

为了改善LED芯片本身的散热，其最主要的就是采用导热更好的衬底材料， 尽可能地把热量引出到芯片外面。目前，应用较多的衬底材料为硅和碳化硅，大大改善芯片的散热效果。LED芯片封装以后，从芯片到管脚的热阻也是影响芯片散热的一个因素。热阻越大散热效果越差，适当的减小热阻，可以增加芯片的散热效果。

3.2 采用导热较好的电路基板

LED芯片所产生的热量最终通过灯具的外壳散到空气中去。如果散热不好，较少热量的积累就会使得芯片的结温迅速提高，如果长时期工作在高结温的状态，它的寿命就会很快缩短。然而这些热量要能够真正引导出芯片到达外部，就必须采用导热较好的电路基板，使LED产生的热量迅速传导出去。目前常用的电路基板为铝基板、铜基板和陶瓷铝基板。

3.3 散热器的使用

散热器的作用就是把导热材料传导至散热器的热量通过对流和辐射散发到空气中去。为了加大散热面积，往往把散热片做成鳍片形状。对流的散热效果往往和空气的流速有密切关系，为了加强对流散热的效果，可采用强制风冷的方式来加强散热。目前，市场上应用较多的散热器主要有纯铝、纯铜散热器和铜铝结合散热器。

3.4 减小电路基板和散热器之间的气隙

LED芯片产生的热量虽然可以传递到电路基板上，但还必须和散热器连接，通过散热器把热量散发到大气中去。把电路基板和散热器连接在一起的方法是用铆钉或螺钉来进行连接的，因此在基板和散热器之间往往会形成空气隙，即使很小的空气隙产生的热阻也会比其他热阻大几十倍。为了减小或消除气隙，往往在两者缝隙当中涂上一层导热胶，可以紧贴零件上的凹凸部位，从而消除了气隙的存在。

3.5 采用热管散热

热管属于一种传热元件，它充分利用了热传导原理与制冷介质的快速热传递性质，通过在全封闭真空管内液体地蒸发与凝结来传递热量，具有极高的导热性、良好的等温性，冷热两侧的传热面积可任意改变，可远距离传热，可控制温度等一系列优点，并且由热管组成的散热器具有传热效率高、结构紧凑、流体压力损失小等优点，其导热能力已远远超过任何已知金属的导热能力。

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。过去的LED路灯在长期工作中的大量失效，一半以上是由于散热设计欠缺所引起，因此LED照明光源的散热设计必须从芯片开始到整个散热器，每一个环节的问题都会引起严重的散热不良，对散热的设计必须给以充分的重视。

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