解決高功率LED燈具散熱與成本

摘 要：多功能、可變負載、插槽式LED系列燈具，散熱器與燈殼采用公母插槽式連接，自主設計了標準化的燈架結構件，可通過光源模塊、固定導軌與龍骨長度、燈架連接組合方式的變化，組裝成路燈、投光燈、高棚燈、工礦燈等多用途、可變負載的燈具。產品優(yōu)化了散熱結構，以燈殼作為輔助散熱體，有效地降低了燈具的溫升，減少了光衰，延長了使用壽命。產品可柔性化生產和流水線式快速裝配，具有制造成本低、生產效率高等特點。

關鍵詞：散熱；成本；模組；插槽式

LED與一般光伏電源配用的節(jié)能照明燈具相比，具有節(jié)能、省電、高效率、反應時間快、壽命周期長、且不含汞、環(huán)保等優(yōu)點，隨著LED照明技術的發(fā)展和成熟，LED性能指標日益提高，其在照明領域的使用范圍日益擴大，但是，由于受到目前技術發(fā)展的限制，通常LED高功率產品的輸入功率約為20%能轉換成光，即光電轉換效率還只有20%左右，與傳統(tǒng)光源相比有很大的提升，但這意味著還是有多達80%左右的電能轉換成了熱量，因此，散熱問題一直是困擾LED照明技術應用的一個瓶頸，尤其是大功率LED燈具如LED路燈、投光燈、高棚燈、工礦燈以及體育場、球場高亮度燈，因為功率大，所需散的熱量也大，而且在露天面臨各種天氣，增加了散熱的難度，如果解決不好，將會加速LED燈亮度衰減（光衰）現(xiàn)象，進而降低產品的亮度與使用壽命，有研究數據表明，假如LED芯片結溫為25度時的發(fā)光為100%，那么結溫上升至60度時，其發(fā)光量就只有90%，結溫為100度時就下降到80%，140度就只有70%，可見改善散熱，控制結溫是十分重要的事。

目前LED路燈、投光燈、高棚燈、工礦燈等LED高功率燈具的散熱方式主要有：（1）自然對流散熱、加裝風扇強制散熱、熱管和回路熱管散熱等，風扇散熱方式系統(tǒng)復雜，可靠性低，經常是風扇的壽命比芯片還短。（2）熱管散熱雖被業(yè)界所接受，但成本過高。（3）用散熱片散熱，但因散熱面積有限，效果不佳。在實際應用推廣中都存在一定的缺陷。

另一個困擾LED高功率照明產品應用的瓶頸是成本過高問題，LED各種產品還沒有大規(guī)模生產推廣應用，主要問題是價格過高，比如目前一個LED路燈的價格約是高壓鈉燈路燈的2倍-3倍，在LED燈具制作中，各種應用場合下的LED燈具，從功能角度看無非是電參數、光參數及光線的角度的差異，與之相關的組件是電源、光源、透鏡等，這些組件體積相對比較小，生產工藝也相對成熟，成本相對較為固定，而不同應用場合下的LED燈具，其功率不同、結構形狀不同，燈具外殼造型也各不相同，不同的造型就需要不同的制作模具，目前LED燈具的制造中普遍采用一套模具對應一種功率、一種外形結構的燈架外殼，因此模具成本在燈架的制造成本中所占比重也較大。

經過1年多的研發(fā)，浙江煥亮半導體科技有限公司開發(fā)的直通梳式系列LED照明產品有效地解決了以上問題：

LED燈具主要有發(fā)光模塊、透鏡、電源和燈架組成。我們將LED發(fā)光模塊的底座與槽型固定導軌和龍骨、槽型固定導軌和龍骨與蓋板以及端面板緊密插接、固定在一起，整個燈架（如圖1所示）成為一個輔助散熱裝置，可有效地幫助LED發(fā)光模塊散熱。經實驗檢測，采用本技術的LED路燈，LED額定最大溫度可控制在48℃以內，燈具內各LED管的最大熱沉溫度可控制在55℃以內，與國家標準相比降溫幅度達到10℃，降溫效果顯著，進一步降低LED發(fā)光模塊的工作溫度，降低LED燈亮度衰減（光衰）現(xiàn)象，穩(wěn)定產品的亮度，延長實用壽命。

采用自主研發(fā)的一套燈架標準化的結構件模具，只要改變LED發(fā)光模塊數量，相應地改變固定導軌和龍骨的長短，或增加龍骨和改變端面板的長度，就可以改變LED燈的功率（圖2）；改變整個燈架的固定連接方式，配用各種應用場合下所要求的透鏡，就能制成各種應用場合下的LED燈具，無需增加燈架材料的制作模具。在組裝路燈、投光燈、高棚燈、工礦燈等時，可以根據需要選用單排或多排LED燈單元組件組裝在邊框或龍骨骨架上.實現(xiàn)了開一套模具生產出多套可滿足不同場景需求的LED燈具，同時實現(xiàn)流水線式的快速裝配，可降低LED燈具制造成本，提高經濟效益。

為此我們研發(fā)了多功能、可變負載、插槽式LED系列燈具，散熱器與燈殼采用公母插槽式連接，自主設計了標準化的燈架結構件，可通過光源模塊、固定導軌與龍骨長度、燈架連接組合方式的變化，組裝成路燈、投光燈、高棚燈、工礦燈等多用途、可變負載的燈具。產品優(yōu)化了散熱結構，以燈殼作為輔助散熱體，有效地降低了燈具的溫升，減少了光衰，延長了使用壽命。產品可柔性化生產和流水線式快速裝配，具有制造成本低、生產效率高等特點。

參考文獻

[1]錢可元，鄭代順，羅毅.GaN基功率型LED芯片散熱性能測試與分析.

[2]李冰，李巖.淺析熱管及其在電子器件散熱方面的應用與發(fā)展[J].甘肅科技，2009（7）.

作者簡介：蔡初華（1965，12-），男，籍貫：浙江省衢州市，現(xiàn)職稱：LED照明高級工程師，學歷：碩士，研究方向：LED燈具應用。

李志勇（1981，5-），男，籍貫：浙江省衢州市，現(xiàn)職稱：LED照明中級工程師，學歷：大專，研究方向：LED燈具應用。