道路照明中大功率LED路灯散热方案

　　2.2.2　二次散热的影响因素

　　通过分析LED二次散热的方案和机理，可以看出影响LED散热的主要因素有：

　　（1）散热基板作用是与LED的内部热沉相连接，将热量导出和散发掉，常见的有：

　　金属PCB线路板——为了解决单元LED之间的电路联结与散热通道相互独立的问题而采用的技术手段。存在的问题是膨胀系数大、比重大、重量重等。

　　常见的有将陶瓷与金属结合形成的金属低温烧结陶瓷基板等。

　　金属基复合材料板——金属基复合材料板为金属PCB线路板的改进型。将金属材料的高导热性与增强材料的低膨胀性相结合，具有膨胀系数可调、比重小、导热率高的特点。

　　（2）均温板

　　将LED单元之间高热点的热量进行导出和扩散，使其在散热面上获得均匀的温度分布，提高散热效果，有利于散热器的总体散热。

　　（3）粘结层常用于LED芯片与热沉的粘结材料有3种：

　　导热胶——硬化温度低于150℃，热导率小，导热效果差。

　　导电银浆——硬化温度低于200℃，具有良好的导热性和较好的粘接强度。

　　锡浆——与上述两种粘接剂相比，锡浆应该优先选用，因为其导热性为最优，导电性能也很优越。

　　（4）散热装置散热装置的设计方案及形式较多，归纳起来主要分为两大类：

　　被动式散热——特点是散热时不需要消耗额外的能源（电能），但总体的散热能力有限，适用于中、小功率的LED路灯散热。

　　主动式散热——特点是散热时需要消耗额外的电能，但散热的效果好，适用于较大功率LED路灯的散热。

　　（5）改进的散热设计为了尽量减小LED的总体热阻，即减少热阻的数量，文献中提出了一些改进方式，归纳起来主要有以下两种：

　　薄膜集成封装——取消金属PCB板，在金属散热器上直接生成绝缘膜和电极膜，由此所得到的散热效果远远优于常规的金属PCB板，能够进一步减小LED的总体热阻。

　　散热器上芯片直接封装—取消常规的LED内部热沉，而将芯片直接封装在预先设计好的具有特殊结构的金属散热面上，再进行整体封装。这样一来也能够进一步减少热阻。

　　2.2.3　LED被动式散热方案

　　LED的被动散热主要适用于中、小功率的LED来散热。由于不需要额外消耗电能，故应用时总体的效率不受影响。

　　（1）自然散热

自然散热工作原理是在基板的外侧加上散热器，通过热传导将芯片高热量导出，然后再通过热对流与空气进行交换，将散热器上热量散发掉。

　　热传导的基本公式：

　　式中，Q为热量，也就是热传导的热量；K为材料的热传导系数，热传导系数越高，其比热的数值也就越低；A为传热的面积（或是两物体的接触面积）；ΔT为两端的温度差；ΔL为两端的距离。因此，从公式就可以发现，热量传递的大小同热传导系数、热传热面积、两端的温度差成正比，同距离成反比。也就是散热器的材料要具有高的导热率，且自身的温升要低，比热要大，一般采用具有高导热性且热容量大的材料（铜、铝）制成（参见表1）。

　　热对流的基本公式：

　　式中，Q为热量，也就是热对流所带走的热量；H为热对流系数值；A为热对流的有效接触面积；ΔT为固体表面与区域流体之间的温度差。因此热对流传递中，热量传递的大小同热对流系数、有效接触面积和温度差成正比关系。为了增加散热效果，即增加其表面与空气的接触面积，散热器的外表面可被制成鳍片状。鳍片的形状也有多种多样，并且鳍片的数量、位置、尺寸大小、倾斜角度及厚薄等都需要进行认真研究，除了常见的直线形外，还有波浪形、螺旋形、圆柱形和锥台形等，不一而足，目的是为了便于空气对流、雨水冲刷，以获得最佳的散热效果。在使用的材料上，铜的导热性能比起铝要快得多，但铜的散热没有铝快，由此便形成了一种新型的铜铝复合型散热器—将铜铝各自的优点结合起来，铜可以快速地把LED芯片的高热量传给铝，再由大面积的铝鳍片把热量散去，从而达到更加良好的散热效果。