灵活选择LED灯泡散热处理 切合实际应用需求

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    由于当LED灯泡的操作温度(temperature)提高时,其寿命及发光效率均会下降(descend),而产生色偏与光衰的程度则会提高,并对于led照明会造成相当不良的影响,因此如何在LED灯泡有限的空间(kōng jiān)之中,以最有效率的方式进行散热(radiating),长期以来一直都是LED照明业者研发设计的重点。

  一般来说,LED灯泡中的二极管在发光时所产生的废热,会通过Slu
  G、Board…等多个零组件的引导之后,再排放到周围的大气环境中,热量传送在二极管与Slu
  G、Slug与Board之间,主要靠的是热传导型式,至于由Board传送到大气环境中,则是有热传导、热对流及热幅射3种。led台灯就是以LED即发光二极管为光源的台灯,LED是一种固态的半导体器件,它可以直接把电转化为光。其使用的LED照明技术是第三代照明技术。LED台灯使用产生的蓝光会对眼睛造成伤害,但也有一系列优点。LED照明业者在规划产品的散热设计时,可先对此传导过程进行散热分析,借以计算出每一段环节中的热阻值大小,然后再针对表现较差的部分加以改善。这样解决散热问题的做法会比较能看出成效。
  分析热传导形式 解决LED散热问题
  以热传导效率的改善为例,大家可以透过设法增加Slug/Board的几何尺寸(chǐ cùn)面积,亦或是直接选用高导热材料来制作(Make)散热元件的方式来进行,以降低该部分的热阻值。而对于二极管与Slu
  G、Slug与Board之间因面积(area)大小差异、温度分布不均而所衍生出的扩散(diffusion)热阻问题(Emerson),简国祥则建议可由减少面积比、增加元件底板厚(thickness)度、提高材料本身的热传导系数,以及强化热对流效果…等层面来下手。增加底板厚度是较为常见的做法。当其厚度增加时,因面积比所造成的差异效应便可缩小,热往垂直方向(direction)与向两旁水平扩散的速度会更趋于一致,从而使得其扩散热阻问题的影响变小。
  如果受限于空间的考量,底板厚度无法再增加时,业者或许也可透过增加热导管…等方式,强化底板横向的热传导系数,以缩短垂直与水平方向(direction)热传导的差异。这表示底板厚度薄时,增加其横向热传导系数的效益也就越高。虽然厚度增加会减少扩散(diffusion)热(radiating)阻,但相对也会使一维热阻值增加。业者必须要透过实验(experiment)与计算的方式,设法在此两者之间取得平衡,以找出底部最佳的厚度。但一般来说,当晶体二极管与Slu
  G、Slug与Board之间的面积差异越大时,最佳厚度也会有跟著增加的趋势。
    至于在热对流方面,除了因所处环境的需求,必须利用风扇…等方式进行强制对流之外,一般业者为避免增加其产品散热元件体积及制造成本,通常都会采用自然对流的方式设计(Design)。当Board几何面积越大,或热对流系数越高时,其热对流的导热热阻值就越小。但不幸的是,通常Board几何面积越大时,热对流系数则相对越差。因此人们在规划LED灯泡布局设计时,一般会取其Board的几何面积与热对流系数相乘之后的最大值来进行设计。
  另外对于散热(radiating)鳍片的设计(Design),由于其热量(Heat)会由底部传至尾端的方式进行散热,因此其热传导系数、热对流系数与厚度值,都会影响散热鳍片的最适尺寸。led灯发光二极管,是一种能够将电能转化为可见光的固态的半导体器件,它可以直接把电转化为光。LED的心脏是一个半导体的晶片,晶片的一端附在一个支架上,一端是负极,另一端连接电源的正极,使整个晶片被环氧树脂封装起来。在一般的情况下,当散热鳍片厚度、热传导系数越高时,鳍片散热效率就越好;而相对而言,当热对流系数越高时,鳍片散热效率会越差。这也就是说,如果热对流效果很好时,散热鳍片所需要的尺寸便越小。因此一般采自然对流的散热鳍片通常会比较高大,而鳍片与鳍片之间所应保持的距离也会越宽。
  LED灯泡散热处理(heat treatment) 需切合实际应用需求
  除了上述的热传导及热对流外,热幅射也是LED灯泡散热的一项重要机制。led灯珠PN结的端电压构成一定势垒,当加正向偏置电压时势垒下降,P区和N区的多数载流子向对方扩散。由于电子迁移率比空穴迁移率大得多,所以会出现大量电子向P区扩散,构成对P区少数载流子的注入。这些电子与价带上的空穴复合,复合时得到的能量以光能的形式释放出去。这就是PN结发光的原理。热幅射的效果好坏与材料(Material)的表面状况有关。以散热鳍片为例子,在大小及间隔固定的条件下,其铝(Al)材料品质表面是否有抛光,还是已经被氧化,对于其热幅射效果就有很大的差异。另一方面,也由于热幅射表面必须要有温差,并且能直接看到彼此,才能进行热传,因此对于某些款式的灯具,热幅射的散热效果,有时甚至比其它两种更好。
  不同的灯具设计及照明需求,所应采用的散热技术也会有所差异。象是发光效率(efficiency)、半导体材质、光源分布状况、热量(Heat)传输的距离、外部所能接触到的气流环境…等变量,对于灯具散热元件的设计即有很大的影响。举例来说,若LED灯泡的发光效率能够提升至90%,让电流转换成的热量减少,或是所采用的半导体元件材料在较高温(hyperthermia)度下仍可正常运行,自然便能缩小散热元件所需占用的面积(area)。“而有的灯具会处于相对密闭的空间,有些则可直接曝露在大气或冷房环境之下。”因此具体的LED灯泡散热处理设计方式,应该要视其需求与所处状况而定。
 
 
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