（浙江省杭州宇中高虹照明电器有限公司，浙江杭州311307）
摘要：随着我国国民经济水平的提高，科学技术的不断进步，在LED路灯方面也有了很大发展，但是传统大功率LED路灯在散热系统方面还存在一定的问题，由于散热不及时，导致路灯经常发生故障，影响道路车辆的安全行驶，给夜间出行的人们也带来很多麻烦，为了避免这一问题继续影响人们的生活，有关人士使用试验设计法对LED路灯散热系统做了优化设计。
关键词：大功率；LED路灯散热系统；优化设计
前言
业内人士都清楚，LED是一种绿色环保的照明方式，由于其无可取代的优势，在很短的时间内被广泛的使用和推广。目前LED发光效率已经达到了100Lm/W，
但是电光转换效率仍然在10%到15%左右，其他的电能都被转化成了热能，因此其在这方面的发展空间还是很大的。试验中技术人员发现，LED的散热设计对减少光衰有很大作用，因此进行了优化设计。
1对LED路灯散热系统DOE设计分析
对于大功率的LED路灯而言，如果只从散热方面考虑问题，那么其散热成本会非常高，上述也说明了，85%到90%的电能都转化为了光能，其优化的空间很大。为了让LED的优势更加明显，提高能源的利用率，就必须把散热的成本控制在有限的范围，与此同时，也要把LED灯的结温控制在规定内，这给技术人员提出了很大挑战。均温性、重量、尺寸、以及散热器温度都是衡量散热器性能的指标，因此分析时要从这些方面入手。辐射和自然封流是经常使用的分析方法，下面就对铝材料散热鳍片的设计进行分析，设计鳍片散热器的时候，其对LED路灯的均温性、最高温度、重量以及尺寸等多重参数都有设定,针对这些参数考虑，因此在设计的时候，需要对鳍片厚度进行分析，考虑到底板的实际厚度、仔细辨别各个材料的热传导性能，同时合理设计LED的分布情况，把所有对路灯散热器性能的影响因素都考虑进来，这样才能提高LED灯对电能的利用率，降低消耗在热能方面的电能。
一般在传统的设计思路中，在对各个参数进行测试时，每一次都调整一个设计因子，就是所谓的控制变量分析法。这种方法在国外也被称之为OFAT，这种方法操作简单，但是也有很大的弊端，就是在多个因子都存在的情况下，其对整个设计结果的影响是不同的，而且和分别观察得到的结果也是截然不同的，因此就不能很好的进行优化处理。为了解决这一问题，下面就利用CCD方法对其做系统的分析。在开始设计的时候，有很多设计因素会影响结果，因此在分析之前，先要把这些非常重要的少数因子清理出来，在整个流程图中提出了建议，就是以一阶多项式：y=βo+∑ki=1=βiXi，DOE分辨出不同因子对设计的影响程度，在该算式当中，y表示反应中的变化情况，而x代表第i个设计因子，进入到下一阶段，就是突破性实验，在此过程中，主要任务就是对不同因子的作用和影响情况做好分析，通过分析制定了一个一阶多项式：y=βo+∑ki=1βiXi+∑ki=1∑kj>1βjiXiXj，在该算式中，βji表示交互作用之间的影响系数，到这个测试阶段结束，基本上已经掌握了75%以上的系统特征，在接下来的优化设计中，为了进一步对多重变数进行合理优化，就需要使用第三个公式，那就是：y=βo+∑ki= 1βiXi+∑ki=1∑kj>1βjiXiXj+∑ki=1βiiX2i，这种分析方法为RSM，上述中所涉及到的CCD也是其中的一种方式。在利用这种方法进行分析时，在得到对应的算式后，还能够进行鲁棒方面的分析和研究。在对所有解决问题一无所知的情况下，DOE操作方式可以解决很多问题，例如表1所揭示的，上面是各个不同的设计因子，下面就对其进行分析，使用的方法为CCD，这是一种快捷而方便的方法。
从下图中就可以看到模型的基本架构情况，经过技术人员的简化，模型主要就包括了电路板，LED封装结构，LED晶片等，还有散热器，在其中还有大功率的LED，呈现4×4的阵列形状，一共有16个，其中每一个是1.25W，在该实验中，LED芯片的导热系数为50Watt/m- K，设计的散热底板面积达到了100cm2，在设计的时候，对各个因子都做了充分的考虑，例如就选择使用70mm的鳍片，为了避免各个因子的不同，从而导致对观察值发生扭曲，把各个因子的变化都设置为无因次水平。
从表2中很容易看出，A，B，C，D，E，F，G中，不同因子在不同水准高低情况下，其对性能的影响，而且发生了交互作用，例如DE，FG，CD，CE，这些交互因子对系统性能指标影响的就非常严重，通过对底板的温度分析发现，最为重要的设计因子就是长度，从图中就可以看出，如果长度由30mm变化成了70mm，其底板的温度就已经降低为80℃，但是在自然对流的情况下，如果使用最好的材料，其温度又会降低2.6℃。
最后通过使用CCD对LED灯的散热系统进行了优化设计，使用的材料其热传导数值为80Watt/m- K，最终设计的鳍片厚度是1mm，一共应用了12片，除此之外，底板的设计厚度定为了2mm，通过CCD分析法，就可以知道鳍片底板最高的温度是57.4℃ ,通过这次的研究成果，结合这些基础参数，继续对这些重组之后的目标进行分析，然后重新设计，最终经过几次反复测试，把样品的最终参数都制定出来了，然后设计了一个模型，然后对这个优化之后的LED灯散热系统进行了测试，发现其最高温度在55.9℃范围内，和CCD方法得到的结果差不多，二者之间只差1.5，由此就可以断定，该研究方法非常可靠，而且可以进行实际的应用。有关技术人员可以利用CCD分析法，建立一个CCD反应曲面，在对散热器进行选择或检测时，其就是一个可以快速进行检查的工具，检测的最终结果非常可靠。通过这次对LED路灯散热系统的优化分析，得知DOE方法有很多优点，最大的优点就是提供了一个系统的设计思路，在设计分析时，先对不同因子的灵敏度进行了分析，然后再逐个分析不同因子同时影响下，其对研究项目的交换影响情况。除此之外，CCD还可以进行多重目标的优化设计，但是唯一的缺点就是过程复杂，操作起来步骤繁琐，而且使用时间冗长。
2结语
对大功率LED路灯散热系统进行优化设计是非常必要的，LED在以后的应用中，不仅仅局限于路灯，其在很多灯具中都可以应用，通过对散热系统的合理优化，能够有效降低LED都电能的损耗，从之前的85%到90%的损耗率，现在已经有了大幅度的降低，在未来有非常大的发展前景。
参考文献：
[1]韩月．大功率LED灯具散热器设计[D]．北京：北京化工大学，2012：1-57
[2]滕道祥．90太阳能LED路灯的设计及优化[J]．应用光学，2010（06）
[3]杨振忠，马忠良，王峰．基于石墨导热介质的新型LED路灯散热系统[J]．照明工程学报，2011（03）
论文作者:郑谢飞
论文发表刊物:《建筑建材装饰》2015年10月下
论文发表时间:2016/9/13
标签：因子论文; 路灯论文; 系统论文; 底板论文; 散热器论文; 优化设计论文; 方法论文; 《建筑建材装饰》2015年10月下论文;