摘要：LED技术独特的优势给照明领域带来日新月异的变化，而大功率LED灯具照明也越来越多地被使用。但大功率LED灯具照明在给人们带来便捷生活的同时，也存在一些问题，例如灯具的散热问题。鉴于此，本文首先论述了散热性能对大功率LED灯的影响，分析了大功率LED灯具的散热结构设计，并提出了一种采用旋压式套筒的结构新型散热结构，以供参考。
关键词：大功率；LED灯具；散热结构设计
引言：随着社会经济的不断发展，LED的优越性能使其应用范围非常广泛，特别是大功率LED照明器的出现，使得LED的应用市场更具规模。LED主要应用在背光源、显示屏、汽车照明、景观装饰、信号指示灯、通用照明市场等相关领域。其中通用照明市场，随着大功率LED的出现，大功率LED开始广泛用于特殊用途的专用照明系统。在照明市场，目前大功率LED仍面临着发光效率低、散热不好、成本过高等问题。
1.散热性能对大功率LED灯的影响
LED灯的发光机理是依靠电子在能量带之间间跃释放能量而产生光，其光谱中不含有红外光成分。因此，其产生的热量不能依靠热辐射进行散发，因此LED灯属于冷光源。当前，LED灯依然有高达80%—90%的能量被转化成热量。散发的这些热量将导致器件多方面的性能产生衰减和老化，这将给LED灯带来三个方面的问题：其一，导致LED灯的发光量减少；其二，造成LED灯发出的光呈现出峰值与波长相偏移的问题，最终使得光源颜色出现色差；其三，LED灯的寿命缩短。
因此，当前如何提高实现LED灯的快速散热，减小大量的热量对LED元器件的损害是当前LED芯片及元器件发展的重要方向，同时也是LED灯的发展瓶颈。因此，研究大功率LED灯的散热结构具有十分重要的意义。
2.大功率LED灯具的散热结构设计
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自然冷却散热器设计
考虑到自然冷却时边界层温度较厚等情况，若齿之间距离过小，就容易交叉各自的热边界，会干扰到齿表面的对流。一般情况下，自然冷却散热器间距超过12 mm，如果散热器齿低于10 mm，散热器齿间距则应按照齿间距离超过1.2倍齿高的原则决定。发黑处理自然冷散热器是为了增强辐射换热，同时增加散热器表面辐射系数。要想散热器能承载瞬时热负荷，其基板和齿厚应确保超过5 mm的厚度。
2.3对散热器翅片的设计
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。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
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。据以往工艺经验，翅片的厚度在大于1毫米的前提下，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。
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.大功率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。成型工艺：新型的旋压散热套筒外壳采用旋压工艺成型，在外壳表面开孔，开孔一是考虑产品外线整个线条感，加人现代化时尚的元素，二是基于漩涡式空气对流的理念，阵列式开孔，保证上下部分的冷热循环。与挤压和压铸相比，成型工艺更为简单，模具简单，加工成本低，生产效率高，不良率低。
散热部分：选用高纯度铝合金旋压成型，导热系数可达到230 w／（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。
成本部分：与挤出和压铸的模具相比较，旋压的模具更为简单，加工成本低，模具寿命长，产品单价低。
产品重量：与挤出和压铸成型的散热器相比，该新型的旋压散热套筒没有多余的装饰结构，充分利用材料，导致散热器质量较轻，相同功率的灯具，该新型的结构重量可减轻50％。
组装工艺：不同功率的产品只需将不同大小的套筒叠加固定即可，操作工艺简单，人工成本低。
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（80 W＼120W＼150 w＼200 w），80 w和120 w采用同一外观尺寸，80 w为1个散热套筒，120 w采用两个散热套筒，150 w和200 W采用同一外观尺寸，150 W为两个散热套筒，200 W采用3个散热套筒，具体结构图1所示。
图1 采用新型旋压套筒散热结构的150W工矿灯结构
结束语：对大功率LED灯具的散热结构进行合理的设计，能够进一步提升LED灯具的整体功能，并将其使用寿命延长。LED灯具具有安全性高、环保性强等优势，相信在未来会被投入更多的领域中。本文主要对大功率LED灯具的散热结构进行分析，并将其结构设计进一步优化。期望通过本文的探讨，能够为LED散热问题的解决提供有力参考，进而提升其经济效益。
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论文作者:杨辉
论文发表刊物:《基层建设》2017年第23期
论文发表时间:2017/11/16
标签：散热器论文; 套筒论文; 灯具论文; 结构论文; 翅片论文; 产品论文; 旋压论文; 《基层建设》2017年第23期论文;