摘要：LED灯具有节能、高效、环保、寿命长、响应快等特点而被人们所青睐。基于此，本文就围绕LED照明灯具的散热结构设计展开分析。
关键词：LED照明灯具；结构；设计
1、LED照明灯具的结构散热设计
1.1散热器加工方式
在LED照明的能量输入输出流动、热传导过程、散热要求及其材料选择等基础上，重点探讨LED照明散热设计、翅片设计、锻造、挤出、压铸一体成型。
铝合金在LED照明灯具上承担着散热的重要作用，其应用形式多样，一直在LED照明主体材料市场中雄霸一方。随着LED照明产品的不断研发，工作时产品温升不断升高，热量如不能及时传递出去，将导致LED芯片结温升高。从Cree公司发布的光衰和结温关系图可知道，随着电子产品向高集成度发展以及LED的功率加大，其结构设计需要满足高温和高机械强度的散热要求。
1.2热传递及其强度设计
热传递有3种方式：传导、对流和辐射。
散热器的设计直接影响到LED光源的散热，从而影响灯具的寿命。这其中包含散热面积、横向或者纵向、接触方式、与空气的接触方式、是否有流动的气体带来或者带走热量、及与其他装配配合部件的连接是否存在相互的辐射。散热的设计需要综合利用以上各方面并取最佳的1种方式，实现LED灯长寿命的指标。
由于LED照明装置的灯体本身净重较重，大功率灯包含路灯、隧道灯、工矿灯、地铁灯等，这类灯具共同特点是功率高，灯净重重，使用环境恶劣。下面针对HID灯的实例结构分析：HID灯为附带E39／E40灯头的LED灯，装配方式是纵向，灯本身自重向下结构，本身的自重结构定位后的称重点变为灯头和外壳铆接的铆点结合处，考虑到绝缘要求，外壳通常都是塑料件，最常见的是塑料件的外壳和灯头螺纹在一起，灯头旋转锁附在外壳上，加铆压针孔实现铆点定位，安规上通过扭力、拉力测试等情况来确定使用的可靠性。由于导热塑料的散热指数不断提高，对于铝合金材料有一定比例的覆盖应用。
2、LED灯具散热结构的优化设计
2.1改善对流环境
较为常用的对流散热的方式主要有两种，一种是自然对流；另一种是强制对流。对于小功率的LED灯具来说，通过自然对流就可以满足其散热需求。但对于大功率LED灯具来说，自然对流是远远不够的，需要对对流环境进行改善，进而增强其散热功能。改善对流环境的方式有很多，例如，将散热片的形状进行改变，进而对空气层流状态造成破坏、加装风扇等。
2.2选择合适的散热器材料
热导系数越大，则热导的能力也就越强。在散热器材料的选择方面首先要考虑的就是材料的热导能力、材料的价格以及工艺性等。热导系数对热导能力有着重要的影响。在具有金属性质的材料中，热导系数较高的应属钻石以及银，但其价格昂贵；纯铜次之，但对其加工具有一定的困难；而纯铝的硬度不够，不易切削加工。因此，散热器的材料一般选取铝合金。铝合金具有加工性能好，重量较轻、成本不高且对表面的处理较为容易等优点。
2.3对散热器翅片的设计
翅片高度与翅片之间的间距不同，产生的对流面面积也不同。散热器的翅片数量越多，散热变面积越大，其热量也就散发的越快。散热面积就是暴露在环境之中是所有表面积之和。散热器的散热面积越大，则热容量也就越大。翅片数量的增加能够对灯具温度进行有效降低，但是翅片个数并不是随便增加，其受加工工艺的限制。如若翅片布局较密，则对流不能有效进行，进而导致散热效果不理想。一般来说，翅片数量不宜超过40片。
2.4散热器的翅片高度与厚度设计
据以往工艺经验，翅片的厚度在大于1㎜的前提下，最大程度的将散热器的厚度减小。而对于翅片的高度来说，适当的高度可以将散热器的散热功能进一步提高，但盲目增加翅片的高度也会使得LED灯具的重量增加，不利于LED的应用。散热器翅片的厚度对灯具温度的影响不大，其厚度增加并不能将翅片的散热面积增加，相反会将散热器的重量增加，进而提高成本。
2.5散热器的表面处理设计
对散热器的表面处理的方法也对散热器功能的发挥有着重要的影响。经过相关实验显示，表面处理采取黑色的阳极氧化比白色的喷粉处理的散热效果要好一些。这是由于黑色的阳极氧化表面的辐射率要优于白色喷粉表面，辐射通过红外波的形式将部分热量带走，进而有利于灯具的散热。
3、LED灯具新型旋压套筒散热结构
目前市面上LED产品常用散热器通常出现以下几个问题：散热效率不高、成型工艺限制、产品重量偏重、产品成本高。而采用旋压式套筒的结构，其实以旋压的工艺成型，随着产品功率的增加，可以采用不同大小套筒叠加的方式在散热，这种新型的散热结构有以下优点：模具成本低，产品重量轻，工艺简单、组装容易等。
新型的旋压散热套筒，利用外壳散热，将外观设计的理念加入到散热器的设计，让产品整个外观结构参与到散热部分，这样不仅增加了散热面积，还节省了成本，减轻了产品重量，达到产品的性价比最优的目的。
散热部分：选用高纯度铝合金旋压成型，导热系数可达到230w／（m·K）左右，利用散热器外壳整体散热，增大散热面积，增大与空气接触面积，加强空气对流，阵列开孔加速内部空气对流，散热效率高。
例如以下为采用该种新型旋压套筒设计散热结构的LED工矿灯，该系列产品共有4个功率（80W/120W/150w/200w），80w和120w采用同一外观尺寸，80w为1个散热套筒，120w采用两个散热套筒，150w和200W采用同一外观尺寸，150W为两个散热套筒，200W采用3个散热套筒，具体结构图1所示。
结束语
综上所述，LED灯具的散热效果直接关联着灯具工作时的温度，而其工作时的温度又严重影响着LED灯具的发光效果和使用寿命，所以说，LED灯具的散热结构设计在LED灯具的设计中尤为重要，尤其是对那些LED照明灯具。在LED灯具的散热结构设计中要一定要严格控制各个环节，从材质的选择和设计两个方面综合提高LED灯具的散热效果。这不仅是LED灯具厂商提高产品的竞争力，在竞争激烈的市场下脱颖而出的有效手段。同时更是在为人们改善生活质量，并促进我国节能环保型社会发展。
参考文献
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[2]张辉.LED照明灯具的配光与散热的研究[J].电子世界，2014.
[3]李军.LED灯具和LED光源的概述[J].中国照明电器，2017.
论文作者:苏小东
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年第25期
论文发表时间:2018/1/30
标签：散热器论文; 灯具论文; 套筒论文; 翅片论文; 结构论文; 面积论文; 产品论文; 《建筑学研究前沿》2017年第25期论文;