LED路灯散热结构分析报告

1、LED路灯散热结构分析拜读了秦博核芯科技秦先生的LED照明灯模块标准化的科学之路一文，深受启发，LED灯具散热问题的确是业界的一大困扰，但是我们应该对待散热问题像庖丁解牛一样， 充分的、一点一点的进行分析并加以认识，不能以点代面的来分析和解决。我非常赞同秦先生对东芝和夏普LED灯结构的否定，本人也认为大厂是在制造一些噱头拉动LED应用产业走向错误的方向。但也不能全盘否定，这种散热结构如果采 用新型的散热材料也是可以达到散热目的的，高昂的价格是阻碍其推广的重要因素。散热的途径分为传导、对流和辐射三种方式，其中传导效果最佳，对流次之，辐射较差， 这是我们所熟知的。在我们设计 LED灯具散热结构的时

2、候，首先要考虑的是 LED灯具的使 用环境，然后在这三种散热方式中寻找出适应于使用环境的最佳散热方式，也就是要根据环境因素考虑三种散热方式中哪一种或者哪几种散热方式是主要的，以确定灯具的散热结构。只有这样，我们才能设计出一款好的LED灯具，这是设计LED灯具散热结构所需的前提条件。但这也是很多人所遗忘和忽视的。他们一味的增加散热面积，不断的设计出很有特色的散热结构外型，以吸引人们的眼球。这个问题在我们LED产业界是普遍存在的问题，是我们产业发展的误区，是缺少真正的LED产业专家的标志。目前LED灯具结构千变万化、形态各异，我不能一一举例来剖析，下面以LED路灯作为一个案例来分析其散热结构的优缺

3、点。LED路灯使用的环境:1、无遮拦的户外环境2、8-12米高的灯杆上；3、在繁华的马路上。首先在“无遮拦的户外环境”这个条件，说明LED路灯灯具使用场所没有防雨、防尘、防破坏等外部工程，因此要求LED路灯本身必须具备这些功能。第二，“ 8-12米高的灯杆上”，说明LED路灯在外型、重量，甚至体积的设计时应有所考虑，外型新颖、重量轻、体积小的LED路灯将有很大的竞争力。第三，“在繁华的马路上”，说明LED路灯的使用环境污染状况较为恶劣，在设计时要充分的考虑其积尘（LED路灯属于一种电子产品，由于静电的作用，会在表面吸附微小的 灰尘颗粒，形成电子灰尘覆盖，降低散热效果）效应和抗腐蚀能力。在LED

4、路灯设计时，一定要充分的思考这三个问题，尽可能的在完善LED路灯功能的同时，避免由于环境条件所导致的设计缺陷使导致产品失效。这就是LED路灯散热结构设计的关键所在。我们着重分析一下道路的客观环境，以利于我们分析LED路灯的散热设计。在分析之前，我们需要强调的是在室外环境中，灯具的散热主要依靠热对流和热辐射两种方式；在没有主动散热措施时，主要依据是对流，即热空气上升，冷空气下降的热力学原理；热辐射主要依据高温物体以红外线的方式向外辐射能量。让我们分析一下当车行驶时，汽车经过的空间形成空气扰动，这就是我们在车上感觉风往后吹，而站在路边的人在车经过后感觉风顺着汽车方向吹（见图1）。图1 （箭头方向为

5、空气流动方向）详细的空气动力学原理这里不再探讨。我们会看到车前部的空气，由于车往前行驶，使之往后流动（这就是人在车上感觉风往后吹的道理）;也有部分空气，是往上压缩的，也就是说是空气是往上流动的，这部分空气就带起了路面的灰尘（这是对LED路灯造成影响的最主要的因素）；在车后部，由于形成的密度极低的空间，使之周围空气迅速的补充进来 （这是在路边人感觉风往车的方向的原因）。通过汽车经过对空气的扰动示意图，我们明白了车对道路上空气的影响，我们再来有针对性的分析LED路灯的散热结构设计（见图2）。图2这种结构，在室内环境及干净的环境中这种设计是能够达到理想的散热效果的，表面的翼状凸起增大了散热面积，从散

6、热原理上来讲，增大了热辐射和热对流的面积，强化了灯具的散热效能，使灯具能够达到散热效果（见图3）。图3灯具表面热辐射和热对流示意图，细线为热辐射，粗线为热对流但是在道路这种条件恶劣的环境中这种设计是完全不能适应的（见图4），这是汽车经过时空气流动示意图。图4空气流动示意图（箭头方向为空气流动方向）通过这图4 ,我们就能够形象的看出， 被汽车扬起的灰尘由于重力的作用就会沉积在散 热片的表面，由于灰尘在灯具表面起到阻热作用，从而影响灯具的热辐射和热对流的效果。 所以这种结构在应用中长时间积累的灰尘，将会大大的降低LED路灯的散热效果。这个现象就是某些厂家生产的路灯在安装一定时间后失效的最主要的原因

7、。这种结构给我们工程师带来很大的困扰，为什么在工厂经过长时间老化不会出现问题，但是一旦安装到道路上不长时间就会出现问题了呢？问题就在这里，没有充分的考虑LED路灯的使用环境。再来看看下面的这种结构（图5）。这种结构采用横纹散热结构， 虽然能够降低部分灰尘的积累问题，但是也不会经得起时间的检验，因为灰尘由于重力作用在灯具散热表面的沉积和道路上污染物对灯体的腐蚀足以 在一定的时间内影响灯体热量的散失，从而影响散热效果。 这里就不再详尽的分析， 有兴趣可以按照上面的图例作图分析一下。再来分析一下图6这个LED路灯设计。这种设计纯粹的是人为制造眩光 （人眼在直视光源3秒钟后，闭眼在15秒钟内在人眼 形

8、成的亮斑不能消失，即所谓眩光），使人不能直视，达到很亮的效果 但是作为LED路灯,LED本身具有积温效应（在很小的面积或体积内，短时间积聚大量的热量而不能有效的散发 出来，即积温效应），而这种LED阵列式排列封装，使积温效应更加突出，从而加大散热难 度，增加LED路灯的失效率。从交通安全意义上来讲，由于眩光问题的存在，在一定程度 上造成交通事故率的升高。这种设计在产业初期是不可取的昙花一现的设计思路。综上所述，LED路灯的散热设计最重要的不是要考虑路灯的散热面积的问题，而是要 着重考虑散热结构适应环境的要求。如采用分体式设计（见图7）。A为遮盖在灯体上部的遮盖罩，B为LED路灯及散热结构体，C为散热结构横纹（注意一定是横纹，不能设计成纵纹 ）。（由于本人作图能力较差，请谅解。）A是用来防止灰尘的沉积，设计关键点在于A的底部宽度一定要小于 B的宽度，而且在B上要有相应的结构设计，配合 A和B之间的差额，以利于灰尘清理和减少A对热对流的影响。在A的内表面做黑色氧化处理，以利于更好的吸热。控制A和B之间的距离，以减少A热对流的影响。这种设计思想是沿用原有的设计思路，尽可能的减少灰尘在散热结 构上的沉积，从而优化散热效果 ；A采用黑色内表