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LED照明燈具5類散熱器對比分析

瀏覽次數: 日期:2018年12月3日 17:49

  燈具設計的內容與形式主要是光,LED新光源促使照明燈具設計開發的革新,從很大程度上改變了我們的照明觀念,使我們可以從傳統的點、線光源局限中解放出來,燈具設計的語言和概念可以自由發揮和重新確立,燈具在視知覺與形態的創意表現上具有了更大的彈性空間,居室照明燈具將向更加節能化、健康化、藝術化和人性化發展。

  LED是一種綠色光源。LED燈直流驅動,沒有頻閃;沒有紅外和紫外的成分,沒有輻射污染,顯色性高并且具有很強的發光方向性;調光性能好,色溫變化時不會產生視覺誤差;冷光源發熱量低,可以安全觸摸;這些都是白熾燈和日光燈達不到的。它既能提供令人舒適的光照空間,又能很好地滿足人的生理健康需求,是保護視力并且環保的健康光源。

 

 

  由于目前單只LED功率較小,澳門葡京官網:光亮度較低,不宜單獨使用,而將多個LED組裝在一起設計成為實用的LED照明燈具則具有廣闊的應用前景。燈具設計師可根據照明對象和光通量的需求,決定燈具光學系統的形狀、LED的數目和功率的大小;也可以將若干個LED發光管組合設計成點光源、環形光源或面光源的"二次光源",根據組合成的"二次光源"來設計燈具。

  資料表明,由于LED是冷光源,半導體照明自身對環境沒有任何污染,與白熾燈、熒光燈相比,節電效率可以達到90%以上。在同樣亮度下,耗電量僅為普通白熾燈的1/10,熒光燈管的1/2。如果用LED取代我們目前傳統照明的50%,每年我國節省的電量就相當于一個三峽電站發電量的總和,其節能效益十分可觀。

  目前LED照明燈具的最大技術難題之一就是散熱問題,散熱不暢導致LED驅動電源、電解電容器都成了LED照明燈具進一步發展的短板,LED光源早衰的緣由。 只有盡快導出熱量才能有效降低LED燈具內的腔體溫度,才能保護電源不在持久的高溫環境下工作,才能避免LED光源因長期高溫工作而發生早衰。

  正因為LED光源自身沒有紅外線、紫外線,因此LED光源自身沒有輻射散熱功能,LED照明燈具的散熱途徑只能通過與LED燈珠板密切組合的散熱器來導出熱量。散熱器必須具備熱傳導、熱對流、熱輻射的功能。

  任何散熱器,除了要能快速地把熱量從發熱源傳導到散熱器的表面,最主要的還是要靠對流和輻射把熱量散發到空氣中去。導熱只解決了傳熱的途徑,而熱對流是散熱器的主要功能,散熱性能主要由散熱面積、形狀、自然對流強度的能力決定,熱輻射只是輔助的作用。一般來說,如果熱量從熱源到散熱器表面的距離小于5mm,那么只要材料導熱系數大于5時,其熱量就可導出,其余散熱就必須由熱對流來主導的了。

  大多數的LED照明光源仍然使用低電壓(VF=3.2V)、大電流(IF=200-700mA)的LED燈珠,由于工作時熱量高,必須使用導熱系數較高的鋁合金。通常有壓鑄鋁散熱器、擠壓鋁散熱器、沖壓鋁散熱器。壓鑄鋁散熱器是一種壓力鑄造零件的技術,將液態鋅銅鋁合金澆注入壓鑄機的入料口,經壓鑄機壓鑄,鑄造出事先設計模具限定的形狀散熱器。

  以下是5類散熱器的對比分析:

  1 壓鑄鋁散熱器

  生產成本可控,散熱翼無法做薄,很難使散熱面積最大化。LED燈具散熱器常用壓鑄材料為ADC10和ADC12。

  2 擠壓鋁散熱器

  是將液態鋁通過固定的模具擠壓成型,然后將棒材通過機加工切割成需要的形狀的散熱器,后期加工成本較高。擠壓鋁散熱器如圖3所示。散熱翼可以做得很多很薄,散熱面積得到最大的擴展,散熱翼工作時自動形成空氣對流擴散熱量,散熱效果較好。常用材料是AL6061和AL6063。

  3 沖壓鋁散熱器

  是通過沖床和模具對鋼鐵、鋁合金的板材沖壓、拉升,使之成為杯筒型的散熱器,沖壓成型的散熱器內外周邊平滑,因無翼而散熱面積有限。常用鋁合金材料是5052、6061、6063。沖壓件質量很小,材料利用率高,是一種低成本方案。 鋁合金散熱器的導熱是比較理想的,比較適用于隔離的開關恒流電源。對于非隔離開關恒流電源來說,需要通過燈具的結構設計做好交流和直流、高壓和低壓電源的隔離,才能通過CE或UL認證。

  4塑包鋁散熱器

  是一種導熱塑料外殼鋁芯的散熱器。導熱塑料與鋁散熱芯在注塑機上一次成型,鋁散熱芯做埋件,需要預先進行機械加工。LED燈珠的熱量通過鋁散熱芯快速傳導給導熱塑料,導熱塑料利用它的多翼形成空氣對流散熱,利用它的表面輻射部分熱量。 塑包鋁散熱器一般利用導熱塑料本來的顏色白色和黑色,黑色塑料的塑包鋁散熱器的輻射散熱效果更好一點。導熱塑料一種熱塑性材料,材料的流動性、密度、韌性、強度都易于注塑成型,具有很好的耐冷熱沖擊循環特性,絕緣性能優良。導熱塑料輻射系數優于普通的金屬材料。導熱塑料密度比壓鑄鋁和陶瓷小40%,同樣形狀的散熱器,塑包鋁的重量可減少將近三分之一;與全鋁散熱器相比較加工成本低,加工周期短,加工溫度;成品不易碎;客戶自備注塑機可進行燈具差異化外形設計生產。塑包鋁散熱器絕緣性能好,容易通過安規。

  5 高導熱塑料散熱器

  高導熱塑料散熱器最近發展很快,高導熱塑料散熱器一種全塑料的散熱器,它的導熱系數比普通塑料高幾十倍,達2-9w/mk,具有優異的熱傳導、熱輻射能力;可應用于各種功率燈具的新型絕緣散熱材料,可廣泛應用于1W~200W的各類LED燈具。 高導熱塑料耐壓等級可達交流6000V,適合采用非隔離開關恒流電源、HVLED的高壓線性恒流電源。使這類LED照明燈具易于通過CE、TUV、UL等嚴格安規檢測。HVLED采用高電壓(VF=35-280VDC)、小電流(IF=20-60mA)工作狀態,HVLED燈珠板的發熱因此而降低。高導熱塑料散熱器采用傳統的注塑、擠塑機均可。一次成型,成品光潔度高。大幅提升生效率,造型設計靈活度高,可充分發揮設計師的設計理念。高導熱塑料散熱器采用PLA(玉米淀粉)聚合而成,全降解、無殘留、無化學污染,生產過程無任何重金屬污染,無污水,無廢氣,符合全球環保要求。

  高導熱塑料散熱體內部PLA分子間密布納米級金屬離子,在高溫下可快速運動,增加熱輻射能量。其活力優于金屬材料散熱體。高導熱塑料散熱器耐高溫,150℃五小時不破裂,不變形,配合高壓線性恒流IC驅動方案應用,無需電解電容和大體積電感,大幅提升LED整燈壽命,非隔離電源方案,效率高、成本低。特別適合日光燈管、大功率工礦燈的應用。

  高導熱塑料散熱器可以設計很多精密的散熱翼,散熱翼可以做得很多很薄,散熱面積得到最大的擴展,散熱翼工作時自動形成空氣對流擴散熱量,散熱效果較好。LED燈珠的熱量通過高導熱塑料直接到散熱翼,通過空氣對流和表面輻射快速散熱。

  高導熱塑料散熱器密度要比鋁輕。鋁的密度是2700kg/m3,而塑料的密度為1420kg/m3,差不多為鋁的一半,所以同樣形狀的散熱器,塑料散熱器的重量只有鋁的1/2。而且加工簡單,其成型周期可以縮短20-50%,這也就降低了成本的動力。

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