一种基于LED照明灯具的散热片设计与分析

　　散热片表面做耐酸铝或阳极处理可以增加热辐射性能，从而增加散热片的散热效能。一般而言，外部颜色是白色或黑色关系不大。表面突起的处理可增加散热面积，但是在自然对流的场合，反而可能阻碍空气流动而降低效率。

　　上述设计方式仅供参考，实际散热片设计时还需考虑与器件以及环境的配合，尤其是高效能散热片的设计需配合实验验证以及计算机分析模拟。目前散热片的设计已渐渐趋向极限，空气冷却的方式无法满足大功率LED 的散热需求，散热片设计应结合LED 的功率数这个特点，使得散热的设计更为弹性及多样化。不论如何，散热片仍然是LED 灯具最常见的散热方式，善用散热片设计可改善LED 发热状况。

　　5 LED在散热片表面分布的散热分析

　　为分析LED 芯片在散热片上热分布情况，我们通过在一块散热片上放置LED 的相对位置不同，来分析对散热的影响。实验材料为一块大小为200mm× 60mm× 15mm的散热片，两块导热垫片导热系数是6.0W/m·K，面积是20mm×30mm。配有两块焊有LED芯片的单个铝基PCB板（大小是15cm× 20cm，每块PCB板焊有一颗LED芯片）。测试仪器为FLUKE温度传感器，实验时环境温度为26℃，环境相对湿度为52 %。

　　实验过程如下：在散热片上每隔20mm 取放置LED 芯片的位置，每块焊有LED 芯片的PCB板与散热片之间加导热垫片。所加电源电压6.3V，电流0.7A，功率4.41W，进行散热测试。表1 是所采集的数据。d 表示两个LED 芯片之间的距离（单位是mm），t 表示LED 芯片的温度（单位是℃，每个t 值的测试时间为4h，也就是在温度稳定后的数据）。

　　从表1 中可以看出，随着两颗LED 芯片之间距离的增加，LED 芯片的温度逐渐降低，这种变化是比较明显的，以温度为纵坐标，以两颗LED 芯片之间的距离为横坐标，得出二者的散点分布图，如图2 所示。

　　从图2 可以看出，二者近似形成一条曲线，应用数理统计的方法可以拟合这条曲线。最终得到的数学模型是：

　　可以看出，合理选取散热片的面积和正确摆放LED 芯片可以使散热效果更好。如果功率和散热片的形状改变，那么会有以下关系式，即：

　　在（4）式中，功率不同a、b 的系数不同（也有可能是a 不同、b 相同）。实际中可以根据功率大小和散热片大小计算出a、b 的值。

　　在给定面积的散热片上LED芯片与LED芯片的位置尽量远一些，也就是说在设计PCB 板时，LED芯片的位置应尽量分散，不要集中在一起。如果在灯具大小允许的情况下，PCB 板的面积也应尽量大一些，因为一般散热片的面积和PCB 板的面积大小差不多，这样有助于散热。但也不能过大，因为从上面分析中可以看出，面积大到一定程度时散热效果就基本不变了。

　　6 结论

　　LED灯具需要使用散热片来控制LED 芯片的温度，尤其是结温T，使其低于LED 芯片正常工作的安全结温，从而提高LED 芯片的可靠性。常规散热器趋向标准化、系列化、通用化，而新产品则向低热阻、多功能、体积小、质量轻、适用于自动化生产与安装等方向发展。通过LED 芯片发热原理的分析和散热计算，可以指导设计散热方式和散热器的选择，保证了LED 工作在安全的温度范围内，减少了质量问题。合理选用、设计散热器，能有效降低LED 的结温，提高LED 的可靠性。如果LED的散热问题得以解决，LED照明灯的优势就能显示出来，也就会很快取代传统光源。