LED路灯散热问题研究及设计

1.前言

LED 作为一种具有巨大发展潜力的固体发光光源，其长寿命、低功耗、小外形、多色彩、快响应、绿色环保等优点得到了越来越多的人们的关注，从最初的指示灯，到近几年的交通信号、大屏幕显示、景观照明，目前也越来越多的应用到道路照明和隧道照明等功能性照明领域。

为了抓住LED 这一新光源产业带来的商机，抢占更多的市场份额，许多照明或非照明企业都在争相开发和实验各种灯具来满足不同用户的需要，但由于照明知识的感悟层次差异，造成了目前的LED灯具产品市场混乱局面，LED 路灯产品开发还存在许多瓶颈问题，而LED 路灯的散热问题是制约该产品推广应用的关键问题。

2 LED 路灯散热问题研究

很多人误认为LED 为冷光源就是温度低，不怕热，实际上LED 的冷光源是相对于HID 灯而言的，HID 光源玻壳表面温度在200℃ 以上，而LED 光源不能超过100℃。根据图1 和表1LED 结温与光输出及寿命的关系曲线和表格可以看出，随着LED 温度的升高，其光输出和寿命则相应降低。
 

图1 结温和光输出关系图

表1 大功率白光LED 的结温在亮度衰减70%时与寿命的关系

半导体器件PN 结在45℃ 状态工作时，理论寿命可以达到1 0 0 0 0 0 小时。但是，由于目前LED 芯片发展所处的技术阶段， 只能使输入的30% 左右( 也有文章说15% ～ 25% ) 的电能转化光能，70%(85% ～ 65% ) 的电能仍然是以热的方式存在于芯片上，而LED 光效率与工作温度成反比，温度每升高10℃，就会导致光衰5% ～ 8%、并且寿命减半的严重后果。由于LED 产生的热量采用传导方式散发，因此这些热量需要一个更长、更昂贵的路径才能完全散发到空气中去。目前大功率LED 照明的一个最大商业化障碍就是其散热问题，因此，如何将PN 结产生的热量及时传导出去，使得PN 结结温保持在一个较低的水平是保证光源稳定可靠工作的前提。实际上，LED 寿命问题主要是由于长期在高温下工作而形成的问题，目前来说，还只能尽量改善其散热来延长LED 的寿命。