LED照明设计的散热问题分析(图)

2015-02-21编辑:探路者 关键字:LED  照明设计
  LED照明作为新一代照明受到了广泛的关注。仅仅依靠LED封装并不能制作出好的照明灯具。本文主要从电子电路、热分析、光学等方面对如何运用LED特性的设计进行解说。

  近年来,随着电子产品的高密度、高集成度,热解决方案的重要性越来越高,LED照明也不例外,也需要热解决方案。 虽然白炽灯和荧光灯的能量损失大,但是大部分能量都是通过红外线直接放射出去,光源的发热少;而LED,除了作为可视光消耗的能量,其它能量都转换成了热。另外,由于LED封装面积小,通过对流和辐射的散热少,从而积累了大量的热。

  热解决方案是?

  接下来来考虑怎么制定热解决方案。热解决方案简单的说就是解决因为热产生的各种问题。主要有:

  1.因为热膨胀导致弯曲和龟裂

  2.电子电路的运行障碍

  3.材料品质恶化

  除此之外,也会担心如果发热会不会损坏设备?为了避免这些问题,要尽量控制电子设备的温度,也就是说有效散热很重要,重点是考虑机器的使用环境和安装方法制定最佳的热解决方案。下面列举了由热导致的问题。后半部分以LED灯为例,就LED相关的解决方案进行解说。

  由热导致的问题

  1.因为热膨胀导致弯曲和龟裂

  电子设备由多个零件构成,每个零件的材质都不一样,热胀冷缩的尺度也不一样。因此,当各种材质组合在一起的时候就有可能使材质发生弯曲,膨胀时,产品在连接处因为应力过多就会产生龟裂。

  2.电子电路的运行障碍

  一般来说,作为热源的半导体元件,有这样一个特性,即当电子设备中的半导体元件温度上升,电的阻抗就会变小。这样就容易陷入“温度上升-阻抗下降-电流增加-热增加-温度上升”的恶性循环,进而容易发生烧断的现象。

  3.材料品质的恶化

  一般说来,电子设备中使用的材料容易氧化,温度越高氧化越快,如果让这些材料反复经过高温氧化,就会缩短其寿命。同时,反复加热,材料多次膨胀,多次冷缩,会降低材料的强度,从而破坏了材料。

  LED的热解决方案

  下面以LED灯为例,具体讨论LED的热解决方案。

  要避免电子设备的发热有多种方法。比如,加散热器,在热源周围安置能提供冷气的风扇。前者是通过增加散热面积,来增加散热的通道,后者是使热不在热源周围聚集。但是,正如图1 LED灯的概括图所示,LED封装时不能直接连接散热器,也没有安装风扇的位置。而且内部电源电路板也会产生热量,因此LED灯的散热问题可以说是一个非常棘手的问题。这样,如何有效使用LED安装材质和散热器就变得很重要。

图1 LED灯概括图

  那么如何有效利用LED安装材质和散热器呢?首先必须把握产生热的传热路径。

  LED元件产生的热通过封装的导线向电路板移动,然后再通过散热器放热。电源电路板产生的热也是如此,通过电路板周围的空气和填充材质,透过散热器向外部散热。  热解决方案中重要的是排除传热路径中阻碍传热的因素,比如可以考虑在传热路径中使用导热性能好的材质、扩大路径的断面面积(例如,粗的铜线比细的铜线更容易导热)、涂导热润滑剂使产品的连接部位不留空隙。

  另外,即使通过这些提高了导热特性,但如果散热器不向外部散热,内部还是会聚集很多热。因此也必须提高散热器表面的放热特性。典型的方法就是在表面多安装几个散热片,扩大散热器的放热面积。

  运用CAE工具,通过仿真验证热解决方案

  CAE的运用

  那么怎样验证热解决方法是否有效呢?一种是通过实验测量温度,但是一旦条件改变就要重新测量,效率比较低。因此需要使用CAE软件进行仿真。 图2 运用ANSYS解析软件,在LED灯横向摆放时,对LED灯周围的热和空气的流动进行仿真。上图是整个灯的温度分布图,红色部分代表温度高,蓝色部分代表温度低。下图是LED封装周边(盖子内部)的自然对流图,红色箭头部分表示对流速度快,蓝色部分表示对流速度慢。与实际情况相比,这个例子只是一个非常简单的模型,但从某种程度上却能验证产品的温度分布和空气的自然对流。从整个灯的温度分布来看,虽说盖子的温度低,其他部位温度高,但是某种程度上还是处于一个均等的温度分布。这表面产生的热量大部分都转移到散热器上,而且传送路径中没有障碍。散热器可以起到一个散热的作用,但是如果散热特性不好,整个灯的温度就会上升,因此必须注意散热器的形状(安装散热片的大小、形状、个数等)。

图2 根据ANSYS进行热流体解析的结果图

  仿真中需要解析对象的形状、产品特性、条件等各种信息,但是通过想要确认的信息可以区别简易解析模型和详细解析模型,从而有效把握想要验证的热解决方法的好坏。例如,本例是对整个电灯的简易建模,并不能把握LED封装内部详细的温度分布,但是如果对该部分进行详细的建模,就能够确认元件实际的温度。

  反复实验,通过仿真修改部分信息就可以简单的进行操作,例如容易把握散热器中散热片的形状和个数对温度的影响。作为仿真用软件,可以直接使用CAD信息进行分析,可以在统一环境中对构造、导热、热流体等进行广泛的分析,而且可以进行各种组合分析。在设计中不仅要考虑热的问题,其他因素也必须考虑,组合分析的难易是熟练进行仿真的一个关键点,这些我们在后面进行论述。

  本次仅就热的问题进行了探讨,但也存在即使解决了热的问题,却不能解决光、电的问题的情况。产品重在寿命长、无性能损坏、使用安全,因此我们的课题就是实现整体的最优化设计。下次我们将针对电路和光学设计的问题展开讨论。

关键字:LED  照明设计

来源: 互联网 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/LED/2015/0221/article_11776.html
本网站转载的所有的文章、图片、音频视频文件等资料的版权归版权所有人所有,本站采用的非本站原创文章及图片等内容无法一一联系确认版权者。如果本网所选内容的文章作者及编辑认为其作品不宜公开自由传播,或不应无偿使用,请及时通过电子邮件或电话通知我们,以迅速采取适当措施,避免给双方造成不必要的经济损失。

上一篇:浅析:LED的热量产生原因
下一篇:关于LED与LED背光源的散热问题

关注eeworld公众号 快捷获取更多信息
关注eeworld公众号
快捷获取更多信息
关注eeworld服务号 享受更多官方福利
关注eeworld服务号
享受更多官方福利

推荐阅读

会行走的广告

这款产品,这款产品所应用的市场,以及这款产品对传统广告展示形式所带来的颠覆式创新变革,是很多人没有关注到,更没有预料到的,它却实实在在的正在发生中。 它是一款什么样的产品?它来自己哪里?它给广告展示形式带了什么样的一种全新体验?它凭什么能在短时间内迅速蹿红?下面就来为大家解读。 这款产品大的方向去讲的话,它只是一款不一样尺寸和功能的led显示屏而已,属于led显示屏众多应用产品系列其中的一个单品,我们给他取了一个很形象的名字——可穿戴led广告衣显示屏,简称led广告衣。它是由深圳科鑫光电自主独立研发的一款创新型、可穿戴人体广告显示屏设备。 下面就给大家来看一下科鑫光电led广告衣的庐山正面目,了解
发表于 2018-08-03
会行走的广告

购买电视这多么多“X”LED 你能分清吗?

最近几年电视显示技术发展越来越快,各种新鲜概念也是如洪水般地袭来,LED、OLED、ULED、QLED,最让人头疼的莫过于这些各式各样的LED概念了,商家的描述也是让消费者摸不着头脑,今天笔者带各位一起辨别这些“X”LED,让你成为一个“懂屏帝”。  “X”LED概念解释  LED  LED在我们生活中非常常见,各种舞台的大屏幕使用的就LED,LED用中文来讲就是发光二极管,有朋友可能会问,LED电视不是液晶电视吗?怎么变成了发光二极管呢?  LED电视采用液晶面板作为显示介质和发光二极管作为背光模组,当光线通过液晶层时,控制液晶分子做不同程度的偏转,就能呈现不同的明暗程度。然后再通过一层彩色的滤光片,让白色的光线带有色彩,最后
发表于 2018-08-02
购买电视这多么多“X”LED 你能分清吗?

80后执掌创维电视 OLED技术能让这家公司翻盘吗?

创维想让彩电行业从营销驱动重回技术驱动。  30年历史的创维迎来了新鲜血液。  7月31日,创维在发布OLED电视的同时,新上任的创维-RGB董事长王志国也正式亮相。这是创维电视几十年以来的首位80后董事长。  据介绍,创维-RGB是创维集团彩电事业本部的经营主体,创维集团CEO刘棠枝将不再兼任创维-RGB董事长。王志国出生于1980年,2009年加入创维集团,主持研发酷开智能电视操作系统。目前担任创维集团CTO、创维-RGB董事长兼全球研发中心总经理、深圳市酷开网络科技有限公司CEO。  “智能电视生态模式已经成立,以后将不再仅仅依赖硬件进行盈利”,刘棠枝如此解释王志国上任的原因,此外他也表示,人事变动能让他腾出更多的时间聚焦
发表于 2018-08-02
80后执掌创维电视 OLED技术能让这家公司翻盘吗?

LED将成为众多领域里的香饽饽

我们大多数人都希望自己的努力能得到回报,而还有些人可能更希望不劳而获。这两种情况很少同时发生,但LED照明却有可能实现此。众所周知,LED功耗低,这意味着从几乎任何其他形式的照明转向LED都将省钱,而无任何代价。它的‘附加’特点是,因为您用更少的能量来点亮您的家或办公室,也会对环境有所帮助。从消费者的角度来看,LED提供了有益于环境和省钱的回报,如果您从另一个角度看,这就像不劳而获(不包括初始支出)。但真的这么简单吗?理论上应该是,但现实情况是您节省的可能会有所不同,这取决于您的LED将交流转换成直流有多高能效。这不是消费者通常会查看的东西,我们可以认为,市场还不成熟,不太关注于此。但实际上,这只是在给未来制造问题。当然,立法
发表于 2018-08-02
LED将成为众多领域里的香饽饽

LED芯片格局已成型 厂商有何战略布局?

近几年,包括三安光电、华灿光电、德豪润达等在内的本土芯片厂商通过扩产、整合持续扩大市场份额,大陆LED芯片集中度正在不断提高。随着国内芯片大厂陆续扩产,海外企业与国内二三线芯片厂逐步收缩产能,LED芯片行业新格局逐渐形成:产业向大陆聚集、产能向龙头聚集。目前,我国LED芯片格局已经基本成型,市场话语权主要掌握在几大龙头厂商手中。然而,他们有何布局呢?我们一起来看看吧!三安光电众所周知,如今的三安光电已不再是一家纯粹的LED芯片企业,而是集衬底材料、LED芯片和化合物半导体于一体的“巨无霸”。三安光电董事会秘书李雪炭表示,公司LED业务有很多新的产品在逐步拓展,另外集成电路业务是未来公司的重点发展方向,业务正在上量阶段。目前LED
发表于 2018-08-01

LG Innotek起诉美国UV美甲烘干机企业侵犯其UV LED专利

LG Innotek 于美国当地时间25日向加利福尼亚北部联邦地方法院及加利福尼亚中部联邦地方法院提起诉讼,指控 Evergreat 侵犯其 UV LED 专利技术。这是 LG Innotek 首次对 UV LED 产品提起专利诉讼。 UV 美甲烘干机用于手部指甲和脚部指甲涂抹指甲油后,通过照射紫外线快速烘干的设备。利用了紫外线与特殊物质发生化学反应的特点。UV LED 作为高性能和高安全性的光源被广泛使用。 Evergreat 公司是位于美国加州的制造企业。在市场中以 “Melodysusie”品牌驰名。 本次诉讼指控 Evergreat 公司销售的10种型号的 UV
发表于 2018-07-30

小广播

颜工专栏

LED专区

现任华润矽威科技(上海)有限公司市场部经理/高工,上海市传感技术学会理事、副秘书长。

电子工程世界版权所有 京ICP证060456号 京ICP备10001474号 电信业务审批[2006]字第258号函 京公海网安备110108001534 Copyright © 2005-2018 EEWORLD.com.cn, Inc. All rights reserved