【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 器件（如電源Ic）的散熱計(jì)算中，只要結(jié)溫小于最大允許結(jié)溫溫度（一般是125℃）就可以了。但在大功率LED散熱設(shè)計(jì)中，其結(jié)溫TJ要求比125℃低得多。其原因是TJ對(duì)LED的出光率及壽命有較大影響：TJ越高會(huì)使LED的出光率越低，壽命越短。因此在大功率LED燈具設(shè)計(jì)中，最主要的設(shè)計(jì)工作之一就是散熱設(shè)計(jì)。 大功率LED散熱問(wèn)題的解決方法對(duì)于現(xiàn)有的LED光效水平而言，由于輸入電能的70％左右轉(zhuǎn)變成為熱量，且LED芯片面積小，因此，芯片散熱是LED封裝必須解決的關(guān)鍵問(wèn)題。主要包括芯片布置、封裝材料選擇（基板材料、熱界面材料）與工藝、熱沉設(shè)計(jì)等。大功率LED熱量大小跟恒流驅(qū)動(dòng)的設(shè)計(jì)有直接關(guān)系，如果恒流驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)不好，有效功率不高，熱量非常高，什么散熱辦法都沒(méi)有用，LED的壽命都不長(zhǎng)。目前LED路燈的散熱方式主要有：自然對(duì)流散熱、加裝風(fēng)扇強(qiáng)制散熱、熱管和回路熱管散熱等。加裝風(fēng)扇強(qiáng)制散熱方式系統(tǒng)復(fù)雜、可靠性低，熱管和回路熱管散熱方式成本高。而路燈具有戶外夜間使用、散熱面位于側(cè)上面以及體型受限制較小等有利于空氣自然對(duì)流散熱的優(yōu)點(diǎn)，所以LED路燈建議盡可能選擇自然對(duì)流散熱方式。 各種因素對(duì)于散熱能力的影響熱輻射系數(shù)對(duì)LED散熱的影響根據(jù)斯蒂芬玻耳茲曼定律，輻照度j*與溫度T之間的關(guān)系：j*=εσT。其中ε為黑體的輻射系數(shù)；σ=10w／(mk)，稱為斯蒂芬玻耳茲曼常數(shù)。因此可知，溫度越高，輻照度越大。當(dāng)輸入功率為1 W時(shí)，10W，‰；功率達(dá)到2 W時(shí)，‰。因此改變熱輻射系數(shù)對(duì)于提高散熱能力改善成效不大，散熱的關(guān)鍵在于提高另外兩種散熱方式：熱傳遞和熱對(duì)流。熱導(dǎo)率對(duì)LED的散熱的影響 透鏡封裝材料熱導(dǎo)率只考慮熱傳導(dǎo)與對(duì)流，改變不同封裝填充材料如硅樹脂．得出結(jié)果。即使找到一種熱導(dǎo)率高達(dá)7 WmK的環(huán)氧樹脂成分封裝材料時(shí)， Wm1K1的環(huán)氧樹脂成分封裝材料時(shí)，芯片溫度下降不多，℃，最大 W。 WmK時(shí)，不同熱沉材料的導(dǎo)熱系數(shù)對(duì)于LED最大功率影響。由表看出，熱沉材料對(duì)于LED的最大散熱能力的影響很小。 熱沉材料的選擇對(duì)于LED最大功率的影響材料熱導(dǎo)率/WmK器件最低溫度/℃芯片溫度/℃最大功率/W銀419銅385金310鋁210鐵76．2綜上所述，熱導(dǎo)率變化對(duì)LED最大功率影響微弱。增加散熱面積對(duì)LED散熱的影響、最大功率的影響?？梢钥闯?，增加散熱面積是很好的散熱方式，可以輕易地提高LED器件散熱能力，這是目前LED產(chǎn)品所普遍使用的散熱方式之一。然而缺點(diǎn)也很明顯：影響成本、增加產(chǎn)品重量、影響封裝密度。無(wú)限度地提高LED散熱片面積顯然不現(xiàn)實(shí)， W左右，出于成本等因素就不能繼續(xù)提高。 散熱面積對(duì)于LED最大功率的影響結(jié)構(gòu)散熱面積/m器件最低溫度/℃芯片溫度/℃最大功率/W單個(gè)LED（1W）10帶MCPCB(1W)10加散熱片（10W）10對(duì)流方式對(duì)LED散熱的影響　　常見對(duì)流散熱方式有兩種：自然對(duì)流和強(qiáng)制對(duì)流。固定結(jié)構(gòu)的散熱與表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)有關(guān)?？绽浞绞綍r(shí)。強(qiáng)對(duì)流方式在一定速度內(nèi)會(huì)大大提高LED產(chǎn)品的散熱能力，有助于提高散熱效果。 綜上所述，無(wú)論是增加散熱面積還是增加對(duì)流速度都不能無(wú)限制地提高散熱能力，其原因在于：當(dāng)散熱結(jié)構(gòu)、方式固定后，即使LED導(dǎo)熱率有所上升，也無(wú)法真正大幅度降低芯片溫度；事實(shí)證明增加散熱面積，可以促進(jìn)散熱。但由于成本限制，且不可能無(wú)限制地增加散熱面積，因此，要提升LED產(chǎn)品的散熱能力，關(guān)鍵要在最大努力增加散熱面積時(shí)，尋找一種可以快速將上表面熱量帶走的散熱方式。 大功率LED封裝的散熱路徑大功率LED在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上是十分重視散熱的。由K2系列的內(nèi)部結(jié)構(gòu)可以看出：在管芯下面有一個(gè)尺寸較大的金屬散熱墊，它能使管芯的熱量通過(guò)散熱墊傳到外面去。大功率LED是焊在印制板（PCB）上的。 LED與PCB焊接圖散熱墊的底面與PCB的敷銅面焊在一起，以較大的敷銅層作散熱面。為提高散熱效率，采用雙層敷銅層的PCB。這是一種最簡(jiǎn)單的散熱結(jié)構(gòu)。 雙層敷銅層散熱結(jié)構(gòu)熱是從溫度高處向溫度低處散熱。大功率LED主要的散熱路徑是：管芯→散熱墊→印制板敷銅層→印制板→環(huán)境空氣。若LED的結(jié)溫為TJ，環(huán)境空氣的溫度為TA,散熱墊底部的溫度為TC（TJ＞TC＞TA）。 散熱路徑圖在熱的傳導(dǎo)過(guò)程中，各種材料的導(dǎo)熱性能不同，即有不同的熱阻。若管芯傳導(dǎo)到散熱墊底面的熱阻為RJC（LED的熱阻）、散熱墊傳導(dǎo)到PCB面層敷銅層的熱阻為RCB、PCB傳導(dǎo)到環(huán)境空氣的熱阻為RBA,則從管芯的結(jié)溫TJ傳導(dǎo)到空氣TA的總熱阻RJA與各熱阻關(guān)系為： RJA=RJC+RCB+RBA可以這樣理解：熱阻越小，其導(dǎo)熱性能越好，即散熱性能越好。 大功率LED散熱問(wèn)題目前的情況目前，很多功率型LED的驅(qū)動(dòng)電流達(dá)到350mA、700mA甚至1A，這將會(huì)引起芯片內(nèi)部熱量不能及時(shí)發(fā)散，導(dǎo)致發(fā)光波長(zhǎng)漂移、出光效率下降、熒光粉加速老化以及使用壽命縮短等一系列問(wèn)題。業(yè)內(nèi)已經(jīng)對(duì)大功率LED的散熱問(wèn)題做出了很多的努力：通過(guò)對(duì)芯片外延結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)，使用表面粗化技術(shù)等提高芯片內(nèi)外量子效率，減少無(wú)輻射復(fù)合產(chǎn)生的晶格振蕩，從根本上減少散熱組件負(fù)荷；通過(guò)優(yōu)化封裝結(jié)構(gòu)、材料，選擇以鋁基為主的金屬芯印刷電路板(MCPCB)，使用陶瓷、復(fù)合金屬基板等方法，加快熱量從外延層向散熱基板散發(fā)。多數(shù)廠家還建議在高性能要求場(chǎng)合中使用散熱片，依靠強(qiáng)對(duì)流散熱等方法促進(jìn)大功率LED散熱。盡管如此，單個(gè)LED產(chǎn)品目前也僅處于1～10 W級(jí)的水平，散熱能力仍亟待提高。相當(dāng)多的研究將精力集中于尋找高熱導(dǎo)率熱沉與封裝材料，然而當(dāng)LED功率達(dá)到10 W以上時(shí)，這種關(guān)注遇到了相當(dāng)大的阻力。即使施加了風(fēng)冷強(qiáng)對(duì)流方式，犧牲了成本優(yōu)勢(shì)，也未能獲得令人滿意的變化。目前LED路燈散熱設(shè)計(jì)中可能存在的問(wèn)題有：。，燈具散熱翅片的布置沒(méi)有考慮到燈具的使用方式，影響到翅片效果的發(fā)揮。、忽視對(duì)流散熱環(huán)節(jié)，盡管眾多的廠家考慮了各種各樣的措施：熱管、回路熱管、加導(dǎo)熱硅脂等，卻沒(méi)有認(rèn)識(shí)到熱量最終還是要依靠燈具的外表面積散走 。，如果翅片的溫度分布嚴(yán)重不均勻，將會(huì)導(dǎo)致其中一部分的翅片（溫度較低的部分）沒(méi)有發(fā)揮作用或作用很有限。現(xiàn)在LED路燈散熱技術(shù)，一般使用多為導(dǎo)熱板方式，是一片5mm厚的銅板，實(shí)際上算是均溫板，把熱源均溫掉；也有加裝散熱片來(lái)散熱，但是重量太大。重量在路燈系統(tǒng)上十分重要，因?yàn)槁窡舾哂?米，若太重危險(xiǎn)性就增加，尤其遇到臺(tái)風(fēng)、地震都可能產(chǎn)生意外。也許，未來(lái)LED廣泛進(jìn)入路燈領(lǐng)域后，可能形成模組化散熱會(huì)更好地解決LED路燈散熱難的狀況。第四章 LED二次光學(xué)設(shè)計(jì) 二次光學(xué)設(shè)計(jì)敘述 傳統(tǒng)燈具配光設(shè)計(jì)在道路照明中的缺點(diǎn)傳統(tǒng)的路燈通常采用配光曲線呈廣角度圓周正態(tài)分布，而現(xiàn)在路燈大都采用單側(cè)照明，這樣就會(huì)造成過(guò)多的光線浪費(fèi)在路邊不需照明的地方，或者路邊需要照明的地方光線過(guò)于充足。依照現(xiàn)在的交通照設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，由于常規(guī)光源的光線角度的關(guān)系，產(chǎn)生光源無(wú)法照到的黑暗地帶。另外由于透鏡，反光鏡的設(shè)計(jì)不合理，也常出現(xiàn)光線匯集于一點(diǎn)過(guò)亮，而周圍光強(qiáng)分布較小的情況。同時(shí)透鏡及反光鏡對(duì)光的出射效率形成一定程度的制約。這不僅造成能源的浪費(fèi)，也給夜間行駛產(chǎn)生安全隱患。 光線浪費(fèi)在路邊、燈間距不匹配造成明暗相間，強(qiáng)光點(diǎn)目前LED在道路燈具中使用的最普遍形式主要是在燈具內(nèi)，在一個(gè)幾乎是平板的安裝面（也是反光面）上，裝上了矩陣式的LED，這種設(shè)計(jì)方式是不可能得到良好的燈具配光的。同時(shí)這種燈具通常為了擴(kuò)大光線發(fā)射角度，透鏡對(duì)光線的吸收使得