LED照明设计技术细节需注意

2023-06-15 历史故事版权反馈

【摘要】：LED照明灯具在设计时需要注意要考虑周全，有下述几个因素需要多加注意：1.工作环境LED室外照明灯具由于工作环境比较恶劣，受风吹雨淋日晒，阳光中紫外线照射，昼夜温差变化，空气中沙尘、化学气体等条件影响，灯具年复一年地受大自然时效老化处理。散热器的设计有以下几个问题值得引起重视：① 明确LED灯需要散热的功率。④ 确定LED灯具许可的最高工作温度。

LED照明灯具在设计时需要注意要考虑周全，有下述几个因素需要多加注意：

1.工作环境

LED室外照明灯具由于工作环境比较恶劣，受风吹雨淋日晒，阳光中紫外线照射，昼夜温差变化，空气中沙尘、化学气体等条件影响，灯具年复一年地受大自然时效老化处理。设计时应充分考虑这些因素的影响。

2.LED灯具材料及散热方式选择

外壳和散热器设计为一体，用来解决LED的发热问题，这种方式较好，一般选用铝或铝合金、铜材或铜合金以及导热良好的其他合金。散热有空气对流散热、强风冷却散热和热管散热。喷气致冷散热也是类似热管散热的一种，但结构更复杂一些。

选择什么样的散热方式对灯具的成本有直接影响，应综合考虑，与设计产品配套时选出最佳方案。灯罩的设计选材也至关重要，目前使用的有透明有机玻璃、PC材料等，传统的灯罩是透明玻璃制品，究竟选什么样材料的灯罩跟设计的产品档次定位有关。一般来说，室外灯具的灯罩最好是传统的玻璃制品，它是制造长寿命、高档灯具的最佳选择。采用透明塑料、有机玻璃等材料做的灯罩，用于室内灯具的灯罩较好，用于室外则寿命有限，因为室外阳光、紫外线、沙尘、化学气体、昼夜温差变化等因素使灯罩老化寿命减短；其次是灯罩污染了不易清洁干净，使灯罩透明度降低影响光线输出。

3.LED芯片的封装

目前国内生产的LED灯具（主要是路灯）大都是采用1W的LED多个串联、并联进行组装，这种方法不容易造出高品质的灯具；或者是采用30W、50W甚至更大的模组进行组装、以达到所需要的功率，这些LED的封装材料有用环氧树脂封装或用硅胶封装。二者的区别是：环氧树脂封装耐温较差，时间久了易老化。硅胶封装则耐温较好，使用时应注意选择。

在设计LED电路时，目前广泛采用铝基板或铜基板来解决散热问题，如图3-27所示。

一般来说，采用多芯片与散热器整体封装比较好，采用铝基板多芯片封装再通过相变材料或散热硅脂与散热器相连接，这样做出的产品热阻比用LED器件组装的产品的热阻要小一些，更利于散热。采用LED模组的灯具，模组基板一般为铜基板，它与外散热器的连接要使用好的相变材料，或好的散热硅脂，保证铜基板上的热量能及时传到外散热器上去，如处理不好则易使热量堆积造成模组芯片温度升得太高，影响LED芯片正常工作。由此看来，多芯片封装适合制造普通照明灯具，模组封装适合空间有限的场合制造紧凑型LED灯具（如汽车主照明的头灯等）。

图3-27 铝基板和铜基板

散热器的设计LED散热实际上是一个系统工程，包含许多环节，例如芯片封装散热设计、光源固定在光源腔内散热位置、灯具驱动器的散热设计、灯具外壳的散热设计等，这些散热设计环节缺一不可，如果其中一个出问题，则这个灯具就是设计失败的产品。散热器的形状、体积、散热表面积都要设计得恰到好处，散热器太小，LED灯工作温度太高，影响发光效率和寿命；散热器太大，则消耗材料多，增加产品成本和重量，使产品竞争力下降。散热器的设计有以下几个问题值得引起重视：

① 明确LED灯需要散热的功率。

② 设计散热器用的一些参数：金属的比热容、金属的导热系数、芯片热阻、散热器热阻、周围环境空气热阻等。

③ 确定采用散热的类型，从成本比较来看，自然对流散热造价最低，强风冷却中等，热管散热造价较高，喷气致冷造价最高。

④ 确定LED灯具许可的最高工作温度（环境温度加灯具许可温升）。

⑤ 计算散热器的体积、散热面积，并确定散热器的形状。

⑥ 将散热器与LED灯组合成完整灯具，并通电工作8h以上，在室温39～40℃的环境下检查灯具的温度，看是否满足散热要求，以检验计算是否正确，如不满足使用条件，则要重新计算和调整参数。

⑦ 散热器与灯罩的密封要做到防水、防尘，灯罩与散热器之间要垫抗老化的橡胶垫或硅橡胶垫，用不锈钢螺栓紧固，做到密封防水、防尘。

在LED照明领域，要体现出节能和长寿命的特点，选择好LED驱动IC至关重要，没有好的驱动IC的匹配，LED照明的优势无法体现。