LED路燈散熱問題研究及設計

1.前言

LED 作為一種具有巨大發(fā)展?jié)摿Φ墓腆w發(fā)光光源，其長壽命、低功耗、小外形、多色彩、快響應、綠色環(huán)保等優(yōu)點得到了越來越多的人們的關注，從最初的指示燈，到近幾年的交通信號、大屏幕顯示、景觀照明，目前也越來越多的應用到道路照明和隧道照明等功能性照明領域。

為了抓住LED 這一新光源產業(yè)帶來的商機，搶占更多的市場份額，許多照明或非照明企業(yè)都在爭相開發(fā)和實驗各種燈具來滿足不同用戶的需要，但由于照明知識的感悟層次差異，造成了目前的LED燈具產品市場混亂局面，LED 路燈產品開發(fā)還存在許多瓶頸問題，而LED 路燈的散熱問題是制約該產品推廣應用的關鍵問題。

2 LED 路燈散熱問題研究

很多人誤認為LED 為冷光源就是溫度低，不怕熱，實際上LED 的冷光源是相對于HID 燈而言的，HID 光源玻殼表面溫度在200℃ 以上，而LED 光源不能超過100℃。根據圖1 和表1LED 結溫與光輸出及壽命的關系曲線和表格可以看出，隨著LED 溫度的升高，其光輸出和壽命則相應降低。

圖1 結溫和光輸出關系圖

表1 大功率白光LED 的結溫在亮度衰減70%時與壽命的關系

半導體器件PN 結在45℃ 狀態(tài)工作時，理論壽命可以達到1 0 0 0 0 0 小時。但是，由于目前LED 芯片發(fā)展所處的技術階段， 只能使輸入的30% 左右( 也有文章說15% ～ 25% ) 的電能轉化光能，70%(85% ～ 65% ) 的電能仍然是以熱的方式存在于芯片上，而LED 光效率與工作溫度成反比，溫度每升高10℃，就會導致光衰5% ～ 8%、并且壽命減半的嚴重后果。由于LED 產生的熱量采用傳導方式散發(fā)，因此這些熱量需要一個更長、更昂貴的路徑才能完全散發(fā)到空氣中去。目前大功率LED 照明的一個最大商業(yè)化障礙就是其散熱問題，因此，如何將PN 結產生的熱量及時傳導出去，使得PN 結結溫保持在一個較低的水平是保證光源穩(wěn)定可靠工作的前提。實際上，LED 壽命問題主要是由于長期在高溫下工作而形成的問題，目前來說，還只能盡量改善其散熱來延長LED 的壽命。