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降低结温以提高寿命 新型LED散热技术详解

作者: 时间:2013-11-23 来源:网络 收藏
62, 62, 62); font-family: Tahoma, Arial, sans-serif; font-size: 14px; line-height: 30px; text-align: justify; ">  Rj4:导热硅胶的热阻

  Rj5:从散热器到空气的热阻

  所以从芯片到空气的总热阻就应该是:

  Rja=Rj1+Rj2+Rj3+Rj4+Rj5

  只要知道从芯片到空气的全部热阻,就可以根据需要耗散的功率Pd,计算出结温来,知道了结温也就可以知道其寿命了。

  假定环境温度为Ta,那么结温为:

  Tj = Pd(Rj1+Rj2+Rj3+Rj4+Rj5)+Ta

  然而实际的LED灯具,从LED芯片到空气所经过的热阻要远比这个多很多,例如,通常薄膜印制板是安装在铝基板上,铝基板再安装到铝散热器上,其间还要涂上导热胶,导热胶的厚度很难估计,而且其中还有残存的气隙。对于采用热管的灯具,则还要考虑热管和散热鳍片之间的空隙和导热胶的热阻等问题。

  而且最难估算的是Rj5,也就是散热器到空气的热阻。这牵涉到很多有关对流和辐射的散热机制问题。

  需要注意的是在计算LED的散热时,经常犯的一个错误是把LED的全部功率当成是其耗散功率Pd。例如,一个1W的LED,其正向电压是3.3V,正向电流是350mA。于是就把这二者的乘积1.155瓦作为其耗散功率。这是错误的。因为这只是其输入功率,而不是其耗散功率。有一部分输入功率变成了有用的光发射出去了。需要作为热来耗散的那部分,应当是输入功率减去以有用光的形式发射出去的那部分,才是需要作为热而耗散的那部分。不过这部分比较难计算。一般来说,因为LED的发光效率有所不同,而这个耗散功率也有所不同。一般来说,可以作如下的近似:发光效率为100lm/W,其耗散功率应为70%输入功率,对于上面所说的1W的LED,也就是1.155x0.7=0.8W变成无用的热需要散发出去。

  那么是不是知道了所有各部分的热阻,我们就可以知道这个LED灯具的总热阻,也就可以知道LED芯片的结温,也就可以知道这个灯具的寿命了呢?

  情况远远不是那么简单,虽然我们可以仔细分析每一部分的热阻,甚至还可以得到比较精确的数字,但是还是有很多重要的因素被我们忽略掉了。因为上面的这个模型只不过是单个LED的灯具的模型,而实际的灯具要比这个模型复杂很多。

  LED的分布。在很多情况下,LED灯具里是由很多颗LED所构成而不是只有一个LED。可能所有这些LED都焊在一块铝基板上。这时候如果只用标准的铝基板的热阻来计算整个灯具的热阻就会有很大的出入。因为每个LED的散热会受到周围LED所发出的热影响。换句话说,这时铝基板的热阻是很难计算的。

  其他热源的影响,例如LED的恒流电源就是重要的发热源,假如这个发热源靠近某些LED,那么就会明显降低这些LED的散热而缩短其寿命。也相当于改变了其热阻。

  热阻实际上只考虑了热传导,而根本没有考虑热对流和热辐射。热量从LED芯片出发,经过了一系列不同材质传导,最后到达鳍片散热器。这些热量最后都要散发到空气中去。如果散发不到空气中,那么这些热量也会越积越多,导致结温的升高。所以可以说,最后鳍片散热器散到空气中的这一环节,是最关键的一环,是最复杂的一环,也是最难计算的一环。或者说Rj5基本上是无法用简单的计算就能算出来的。这就使得要通过所有部件的热阻来计算出LED的结温几乎是不可能的事。  


关键词: 降低结温 LED散热技术

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