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目前(qián)LED照明燈具的技術難題之一就是散熱問(wèn)題,散(sàn)熱不暢(chàng)導致LED驅動電源、電解電容器都成了LED照明燈具進一步發展的短板,LED光源早衰的緣由。
隻(zhī)有盡快導出熱量才能有效降低LED燈具內的腔(qiāng)體溫度,才能(néng)保(bǎo)護(hù)電源不在持久的高(gāo)溫環境下工(gōng)作,才能避免LED光源(yuán)因長期高溫工(gōng)作而發生早衰(shuāi)。
正因為LED光源自身沒有紅外線、紫外線,因此LED光源(yuán)自身沒有輻(fú)射散熱功能,LED照明燈具的散熱途徑(jìng)隻能通過與LED燈珠板密切組合的散(sàn)熱器來導出熱量。散熱器必須具備熱傳導、熱對流、熱輻射的功能。
任何散熱器,除了(le)要能快速地把熱量從發熱源傳導到散熱器的表麵,主要的還是要靠對流和輻射(shè)把熱量散發(fā)到空氣中去。導熱隻解決了傳熱的途徑,而(ér)熱對流是散熱(rè)器(qì)的主要功能,散熱性能主要由散熱(rè)麵積、形狀、自然對流強度的能力決定,熱輻射隻是輔助的作用。一般來說,如果熱量從熱源到散熱器表麵的距(jù)離小於5mm,那麽(me)隻要材料導熱係數大於5時,其熱量(liàng)就可導出,其餘散熱就必須由熱對流來主導的了。
大(dà)多數的LED照明光源仍然使用(yòng)低電(diàn)壓(yā)(VF=3.2V)、大電流(IF=200-700mA)的LED燈珠(zhū),由於工作時熱量高,必須使用導熱係數較高的鋁合金。通常有壓鑄鋁散(sàn)熱器、擠壓鋁散熱器、衝壓鋁(lǚ)散熱器。壓鑄鋁散熱器是一種壓力鑄造零件的技術,將液態鋅銅鋁合金澆注入壓鑄機的入料口(kǒu),經壓鑄機壓鑄,鑄造出事先(xiān)設計模具限定的形狀散熱器。
以下是5類散(sàn)熱器的對比分析。
壓(yā)鑄鋁散熱(rè)器
生產成(chéng)本可控,散熱翼無法做薄,很難使散(sàn)熱麵積(jī)擴大化。LED燈具散熱器常用壓鑄材料為ADC10和ADC12。
擠壓鋁(lǚ)散熱器
是將(jiāng)液(yè)態鋁通過固定的模具擠壓成型,然後將棒材通過機加工切割成需要的形狀的散熱器,後(hòu)期加工成本較高。擠(jǐ)壓鋁散熱器如圖3所示。散熱翼可(kě)以做得很多很薄,散熱麵積得(dé)到很大的擴展,散熱翼工作時自動形成空(kōng)氣(qì)對流(liú)擴散熱量,散熱效果較好。常用材料是AL6061和AL6063。
衝壓鋁散熱器
是通過衝床和模具對鋼鐵、鋁合金的板材衝壓、拉升,使之成為杯筒型的(de)散熱器,衝壓成型的散熱器內外周(zhōu)邊平滑,因無翼而散熱麵積有限。常用鋁合金材料是5052、6061、6063。衝壓件(jiàn)質量很小,材料利用率高,是一(yī)種低成本方案。
鋁(lǚ)合金散熱器的導熱是比較(jiào)理想的,比(bǐ)較適用於隔離的開關恒流電源。對於非隔離開(kāi)關恒流電源來說,需要通過燈具的結構設計做好交流和直流、高壓和低壓電源的隔離,才能通過(guò)CE或UL認證(zhèng)。
塑包鋁散熱器
是一種導熱塑料外(wài)殼鋁芯的散熱器。導熱塑(sù)料與鋁散熱芯在注塑(sù)機上一次(cì)成型,鋁散熱芯做埋件,需要預先進行機械加工。LED燈珠的熱量通過鋁散熱芯快速(sù)傳導給導(dǎo)熱塑料,導熱塑料利用(yòng)它(tā)的多翼形成空(kōng)氣對流散熱,利用(yòng)它的表麵輻射部分熱量。
塑包鋁散(sàn)熱器一般利用導熱塑料本來(lái)的顏色白(bái)色和黑色,黑色塑料的塑包鋁散熱器的輻射散熱效果更好一點。導熱塑料一種熱塑性材料,材料的流動性、密度、韌性、強度都易於注塑成型,具有(yǒu)很好的耐冷熱衝擊循環特性,絕緣性能優良。導熱(rè)塑料輻(fú)射係數優於普通的金屬材料。導熱塑料密度比壓鑄鋁和陶瓷小40%,同樣形狀的散熱器,塑包鋁的(de)重量可減少將近三分之一;與全鋁散(sàn)熱器相比較加工成本低,加工周期短,加工(gōng)溫(wēn)度低;成品不易碎;客戶自備注塑機可進行燈具差異化外形設計生產。塑包鋁散熱器絕(jué)緣性能好(hǎo),容易通(tōng)過安規(guī)。
高導熱(rè)塑料散熱器
高導熱塑料散(sàn)熱器發展很快,高導熱塑料散熱器(qì)一種全塑料的散熱器,它的導熱係數比(bǐ)普通塑料高幾十倍,達2-9w/mk,具有優(yōu)異的熱傳(chuán)導、熱輻射能力;可應用於各種功(gōng)率(lǜ)燈具的新型絕緣散熱材(cái)料,可廣泛(fàn)應用於1W~200W的各類LED燈(dēng)具。
高導熱塑料耐壓等級可達交流6000V,適合采用非隔離開關恒流(liú)電源、HVLED的高(gāo)壓線性恒流電(diàn)源。使這類LED照明(míng)燈具易於通過CE、TUV、UL等嚴格安規檢測。HVLED采用高電壓(VF=35-280VDC)、小電流(IF=20-60mA)工作狀態,HVLED燈珠板的發熱(rè)因此而降低。高導熱(rè)塑料散熱器采用傳(chuán)統的注塑、擠塑機均可。一次成型,成品光潔度高。大幅(fú)提升生效率,造型設計靈活(huó)度高,可(kě)充分(fèn)發揮設計師的設計理念。高(gāo)導熱塑料散熱器采(cǎi)用PLA(玉米澱(diàn)粉)聚合(hé)而成,全降解、無殘留、無化學汙染,生產過程無任(rèn)何重金屬汙(wū)染,無汙水(shuǐ),無廢氣,符合全球環保要求。
高導熱塑料(liào)散熱體內部PLA分子間密(mì)布納米級金屬離子(zǐ),在(zài)高溫下可快(kuài)速(sù)運動,增加熱輻射能(néng)量。其活力優(yōu)於金屬材料散熱體(tǐ)。高(gāo)導熱塑料散熱器耐高溫,150℃五小時不破(pò)裂,不變形,配合高壓線性恒流IC驅動方案應用,無(wú)需電解電容和(hé)大體(tǐ)積電感,大幅提升LED整燈壽(shòu)命,非隔離電源方案,效率高、成(chéng)本低。特別適合日光燈管、大功率工礦燈的應用(yòng)。
高導熱塑料散熱器可以(yǐ)設計很多精密的散熱翼,散熱翼(yì)可以做得很多很薄,散熱(rè)麵(miàn)積得到大的擴(kuò)展,散熱(rè)翼工作(zuò)時(shí)自動形成空氣對流擴散熱量,散熱效果(guǒ)較(jiào)好。LED燈珠的熱(rè)量通過高導(dǎo)熱塑料直接到散熱翼,通過空氣對流和表麵輻射快速散熱。
高導熱(rè)塑料散熱(rè)器密度要比鋁輕。鋁的密度是2700kg/m³,而塑料的密(mì)度為1420kg/m³,差不多為鋁的一(yī)半,所以(yǐ)同(tóng)樣形狀(zhuàng)的散熱器,塑料散(sàn)熱器的重量隻有鋁的1/2。而且加工(gōng)簡單,其成型周期(qī)可以縮短20-50%,這也就降低(dī)了成本的動力。