環保節能的LED燈具帶動LED散熱器的市場預期

 
      自從早幾年LED在燈具行業的流行,現在很多行業都已經使用起來了,因為使用了LED光源的燈具更環保、更節能,從而來帶動了LED散熱器市場的發展。led燈具散熱器通過這些年不斷的普及與推廣,但是隨之而來的也是led路燈電子散熱器的結構設計與安裝使用問題,下麵一起來簡單的看下led路燈電子散熱器的相關設計和研究信息。
led電子散熱器問題的提出與產生
LED作為新一代的環保型固體照明光源,其發光效率經過幾十年的發展已經得到了較大的提高,它具有耗電量小、使用壽命長、安全環保、體積和功率小、配光容易等一係列的優點[1]。隨著科技的發展,LED芯片的集成度越來越高。LED的功率越高,它的熱流密度會越大。如果熱量不能及時地從芯片內部散出去,那麽芯片內部的熱量會不斷積聚,從而導致芯片結溫不斷地上升。過高的結溫會造成光波長的漂移、出光效率降低、芯片加速老化等一係列的問題[2-4]。因此為了保證LED路燈能夠在正常溫度下工作,必須使產生的熱量及時地散發出去。目前LED的發光效率隻有10%~20%,其餘80%~90%的能量轉化成了熱能[5],所以LED芯片的散熱變得至關重要。
很多學者都對電子散熱器進行了。研究了交錯流中板翅式電子散熱器的性能,考慮了冷卻空氣的雷諾數,翅片高度和寬度對散熱器熱阻和壓降的影響。Dong-KwonKim[7]等人研究了在垂直流體流動方向上翅片厚度的變化對電子散熱器散熱性能的影響,表明在沿著垂直流體流動方向上逐漸增加翅片厚度可以減少電子散熱器的熱阻。
研究中針對一款實際使用的電子散熱器進行了優化分析,應用ANSYS有限元軟件並且結合正交設計法對這款分布式200WLED路燈的電子散熱器進行結構參數的優化,如圖1所示。大功率LED路燈的正常使用溫度是65℃以下,因此本文優化的主要目的是保證LED路燈在正常溫度下工作,並且在此基礎上使散熱器的質量更輕。
    傳熱基本形式
自然界的熱傳遞有3種基本的方式:熱傳導、熱對流和熱輻射。在LED散熱係統裏,這3種熱傳遞方式都存在。出於可靠性和成本的考慮路燈散熱器一般采用自然對流散熱形式。因此LED電子散熱器的分析模型可以簡化成不考慮熱對流和熱輻射的熱傳導傳熱模型。這樣在不考慮熱對流和熱輻射的情況下能夠滿足散熱,那麽在實際情況下它一定是符合散熱要求的。
    電子散熱器結構如圖2所示,其總體尺寸為300mm×600mm×110mm,它具有空間對稱結構,因此溫度場模擬時隻取其1/2進行分析。散熱器的基板呈弧狀,基板上形成6×20的LED陣列(圖中從左至右依次為1W、3W、1W、1W、3W、W1陣列);其共有5對翅片,翅片的左下緣在圓柱麵上;中間的2個圓柱孔起支撐作用,頂上的弧形結構起輔助作用。與傳統的散熱器相比較,該散熱器具有以下2個方麵的優點:
①散熱器的翅片呈水平,灰塵和汙垢不容易在翅片上堆積,還能夠防雨,這樣可以保證散熱器的散熱效果。而傳統的電子散熱器其翅片是豎直的,灰塵和汙垢很容易在翅片上堆積,影響電子散熱器的散熱效果。
②散熱器的翅片呈水平,充分地利用了空氣動力學,空氣的浮力能夠降低路燈對其燈杆的彎曲扭矩。這樣可以保證LED路燈的安全性能。
對與空氣接觸的散熱器外表麵均設為自然對流,對流傳熱係數為10W/(m2·K)。散熱器的2個圓柱孔是通過2個支架起支撐作用的,其內表麵沒有與空氣接觸,可以定義為絕熱。由於燈罩的密封作用,剩下的散熱器表麵也定義為絕熱。散熱器的材料為鋁合金104,其導熱係數為147W/(m2·K)。環境溫度設置為35℃。LED熱源的尺寸與散熱器基板的尺寸相比要小得多,因此可以將LED熱源簡化為點熱源,並配合相應的LED散熱用的器件。
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