LED灯具散热结构设计知多少

LED灯具已经成为第四代光源，在日常生活中已广泛应用。目前LED灯具在结构设计上，还没有完全脱离第三代传统光源设计思维局限，尤其是散热结构还需要优化改进，本次就灯具散热问题与朋友们交流分享，愿各位在设计灯具时有所帮助，具体内容如下：
热力学知识概要
热力学三定律是热学的核心，其中与灯具设计关联性紧密的知识是三种传热方式：传导、对流和辐射，就目前灯具散热结构而言，主要的应用是传导和对流。
热路
热路就是热能所走的路线，就灯具而言，热路大致是由灯珠、灯板和散热器构成，LED灯珠是热源，灯珠的热量传导进入铝基板，铝基板传导热量进入散热器，散热器再把热能以传导、对流和辐射三种方式输送到散热器表面及附近空气里，最后通过空气热浮力对流，将热量输送到远离灯具的空气里，即完成灯具散热全过程。
热阻
热阻就是热量在传输的过程中遇见的阻力，热阻除了和材质有关，还有热路设计的合理性有关。就理论而言，原子和分子晶体热阻最小（除绝对超导），其导热靠晶振，如金刚石、刚玉、优质玉石等，其次是金属，其导热载体为电子，如金、银、铜、铝等，非金属绝缘材料相对热阻很大，如塑料、木质、玻璃等，在热路设计中尽量避免使用热绝缘材料。
散热设计注意事项
热路中断或阻碍
在灯具设计和制造中，常见的热路中断或受阻容易出现在以下几个部位：a灯珠与铝基板之间悬空，b铝基板与散热器之间有空气夹层，c散热器结构不合理等。
空气是热的不良导体，当灯珠与铝基板悬空后，灯珠的热量聚集升温很快，LED芯片结温过高，荧光粉受损，可能伴随有光衰、死灯，电路断路等现象。
铝基板和散热器之间接触面积较大，在组装的过程中，固定螺丝松或者灯板变形，灯板无法与散热器无缝对接，间隙中夹杂大量空气分子，这些空气分子犹如一床棉被，阻碍了灯板与散热器之间的热量传导，导致灯板和灯珠体温高，散热器体温较低，影响灯具使用寿命。
有些设计制造者，缺乏热力学专业知识，一味追求灯具外观和艺术等因素，中断了热路。还有一些设计者考虑到铝材或铁片表面外观本色缺陷，或者为了防止户外气候环境对灯具的腐蚀性，在散热器表面喷涂油漆和塑粉，因为这些材料都是热的不良导体，因此阻碍的散热片的热量传送到空气中，缩短了灯具使用寿命。
散热有效性
散热片不是越大越好，也不只是表面与空气之间的接触面积越大越好，而是各种因素决定它的散热性能。材质导热性能好、热路畅通、传导对流辐射结构合理等因素都决定散热优劣。
在热路设计合理的情况下，就材质而言，铜散热比型材铝好，型材铝比压铸铝好，压铸铝比塑料好。
就设计结构而言，同等材料，散热有效面积越大越好，特别强调的是，有效散热面积，有些散热面设计的齿片密度过高，表面上与空气接触的散热面积很大，但实际上有些面积是无效的，因为加热后的热空气不能排除，依然携带热量聚集在灯具体内。散热片过密，阻碍了空气热交换对流，散热片与散热片之间相互黑体辐射，相互吸收热量，让空气对流的效率降低。
综上所述，优质的散热片需要充分运用好热力学专业知识，结合灯具本身功能特性，以及艺术、审美等众多因素，综合权衡而设计。
热对流受阻
有些工程师散热器设计合理，但是没有考虑到空气对流热交换因素，把一个好的散热片安装在一个相对密封的灯罩里，散热器产生的热量传送到其表面的空气中，加热后的空气做对流运动受阻，散热片内的空气运动自由度很小，导致灯具的体温较高。
热对流受阻是目前灯具行业存在的最广泛的问题，设计者要重点考虑，冷空气的进气口和热空气的排气口是否流畅？冷空气能够进入灯体的深度？准确的知道对流空气和无法对流空气所占的比例，尽量缩小无法对流空气的比例。
总而言之，产品是物化的思维，运用好相关专业知识，洞察社会，会得到一款功能和艺术完美的产品