LED路燈散熱問題研究及設計

1.前言

LED 作為一種具有巨大發展潛力的固體發光光源，其長壽命、低功耗、小外形、多色彩、快響應、綠色環保等優點得到了越來越多的人們的關注，從最初的指示燈，到近幾年的交通信號、大屏幕顯示、景觀照明，目前也越來越多的應用到道路照明和隧道照明等功能性照明領域。

為了抓住LED 這一新光源產業帶來的商機，搶占更多的市場份額，許多照明或非照明企業都在爭相開發和實驗各種燈具來滿足不同用戶的需要，但由于照明知識的感悟層次差異，造成了目前的LED燈具產品市場混亂局面，LED 路燈產品開發還存在許多瓶頸問題，而LED 路燈的散熱問題是制約該產品推廣應用的關鍵問題。

2 LED 路燈散熱問題研究

很多人誤認為LED 為冷光源就是溫度低，不怕熱，實際上LED 的冷光源是相對于HID 燈而言的，HID 光源玻殼表面溫度在200℃ 以上，而LED 光源不能超過100℃。根據圖1 和表1LED 結溫與光輸出及壽命的關系曲線和表格可以看出，隨著LED 溫度的升高，其光輸出和壽命則相應降低。

圖1 結溫和光輸出關系圖

表1 大功率白光LED 的結溫在亮度衰減70%時與壽命的關系

半導體器件PN 結在45℃ 狀態工作時，理論壽命可以達到1 0 0 0 0 0 小時。但是，由于目前LED 芯片發展所處的技術階段， 只能使輸入的30% 左右( 也有文章說15% ～ 25% ) 的電能轉化光能，70%(85% ～ 65% ) 的電能仍然是以熱的方式存在于芯片上，而LED 光效率與工作溫度成反比，溫度每升高10℃，就會導致光衰5% ～ 8%、并且壽命減半的嚴重后果。由于LED 產生的熱量采用傳導方式散發，因此這些熱量需要一個更長、更昂貴的路徑才能完全散發到空氣中去。目前大功率LED 照明的一個最大商業化障礙就是其散熱問題，因此，如何將PN 結產生的熱量及時傳導出去，使得PN 結結溫保持在一個較低的水平是保證光源穩定可靠工作的前提。實際上，LED 壽命問題主要是由于長期在高溫下工作而形成的問題，目前來說，還只能盡量改善其散熱來延長LED 的壽命。