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室内LED照明灯具的5种散热器对比

2019-05-10 09:18:30 来源:千家网

【哔哥哔特导读】美国农业与生物工程师学会(ASABE)最近发布了ANSI/ASABE S642 SEP2018,即《Recommended Methods For Measurement And Testing Of LED Products For Plant Growth And Development(用于植物生长和发育的LED产品测量和测试的推荐方法)》,这是三个系列标准中的第二个,重点规定了用于园艺应用的LED照明产品的性能。

目前LED照明灯具的最大技术难题就是散热问题,散热不畅导致LED驱动电源、电解电容器都成了LED照明灯具进一步发展的短板,LED光源早衰的缘由。

在使用LV LED光源的灯具方案中,由于LED光源工作在低电压(VF=3.2V)、大电流(IF=300~700mA)的工作状态,发热很厉害,传统灯具的空间狭小,小面积的散热器很难很快导出热量。尽管采用了多种散热方案,结果都不尽人意,成为LED照明灯具一道无解的难题。寻找简单易用、导热性能好,而低成本的散热材料始终都在努力中。

目前LED光源在上电后,大约30%电能转化为光能,其余的转化成热能。因此,要将这么多的热能尽快导出是LED灯具结构设计的关键技术,热能需要通过热传导、热对流、热辐射才能散发。只有尽快导出热量才能有效降低LED灯具内的腔体温度,才能保护电源不在持久的高温环境下工作,才能避免LED光源因长期高温工作而发生早衰。

 

LED照明灯具的散热途径

正因为LED光源自身没有红外线、紫外线,因此LED光源自身没有辐射散热功能,LED照明灯具的散热途径只能通过与LED灯珠板密切组合的散热器来导出热量。散热器必须具备热传导、热对流、热辐射的功能。

任何散热器,除了要能快速地把热量从发热源传导到散热器的表面,主要的还是要靠对流和辐射把热量散发到空气中去。导热只解决了传热的途径,而热对流是散热器的主要功能,散热性能主要由散热面积、形状、自然对流强度的能力决定,热辐射只是辅助的作用。

一般来说,如果热量从热源到散热器表面的距离小于5mm,那么只要材料导热系数大于5时,其热量就可导出,其余散热就必须由热对流来主导的了。

大多数的LED照明光源仍然使用低电压(VF=3.2V)、大电流(IF=200~700mA)的LED灯珠,由于工作时热量高,必须使用导热系数较高的铝合金。通常有压铸铝散热器、挤压铝散热器、冲压铝散热器。压铸铝散热器是一种压力铸造零件的技术,将液态锌铜铝合金浇注入压铸机的入料口,经压铸机压铸,铸造出事先设计模具限定的形状散热器。

压铸铝散热器

生产成本可控,散热翼无法做薄,很难使散热面积大化。LED灯具散热器常用压铸材料为ADC10和ADC12。

挤压铝散热器

将液态铝通过固定的模具挤压成型,然后将棒材通过机加工切割成需要的形状的散热器,后期加工成本较高。散热翼可以做得很多很薄,散热面积得到最大的扩展,散热翼工作时自动形成空气对流扩散热量,散热效果较好。常用材料是AL6061和AL6063。

冲压铝散热器

是通过冲床和模具对钢铁、铝合金的板材冲压、拉升,使之成为杯筒型的散热器,冲压成型的散热器内外周边平滑,因无翼而散热面积有限。常用铝合金材料是5052、6061、6063。冲压件质量很小,材料利用率高,是一种低成本方案。

铝合金散热器的导热是比较理想的,比较适用于隔离的开关恒流电源。对于非隔离开关恒流电源来说,需要通过灯具的结构设计做好交流和直流、高压和低压电源的隔离,才能通过CE或UL认证。

塑包铝散热器

是一种导热塑料外壳铝芯的散热器。导热塑料与铝散热芯在注塑机上一次成型,铝散热芯做埋件,需要预先进行机械加工。LED灯珠的热量通过铝散热芯快速传导给导热塑料,导热塑料利用它的多翼形成空气对流散热,利用它的表面辐射部分热量。

塑包铝散热器一般利用导热塑料本来的颜色白色和黑色,黑色塑料的塑包铝散热器的辐射散热效果更好一点。导热塑料一种热塑性材料,材料的流动性、密度、韧性、强度都易于注塑成型,具有很好的耐冷热冲击循环特性,绝缘性能优良。导热塑料辐射系数优于普通的金属材料。

导热塑料密度比压铸铝和陶瓷小40%,同样形状的散热器,塑包铝的重量可减少将近三分之一;与全铝散热器相比较加工成本低,加工周期短,加工温度低;成品不易碎;客户自备注塑机可进行灯具差异化外形设计生产。塑包铝散热器绝缘性能好,容易通过安规。

高导热塑料散热器

高导热塑料散热器最近发展很快,高导热塑料散热器一种全塑料的散热器,它的导热系数比普通塑料高几十倍,达2-9w/mk,具有优异的热传导、热辐射能力;可应用于各种功率灯具的新型绝缘散热材料,可广泛应用于1W~200W的各类LED灯具。

高导热塑料耐压等级可达交流6000V,适合采用非隔离开关恒流电源、HVLED的高压线性恒流电源。使这类LED照明灯具易于通过CE、TUV、UL等严格安规检测。HVLED采用高电压(VF=35-280VDC)、小电流(IF=20-60mA)工作状态,HVLED灯珠板的发热因此而降低。高导热塑料散热器采用传统的注塑、挤塑机均可。

一次成型,成品光洁度高。大幅提升生效率,造型设计灵活度高,可充分发挥设计师的设计理念。高导热塑料散热器采用PLA(玉米淀粉)聚合而成,全降解、无残留、无化学污染,生产过程无任何重金属污染,无污水,无废气,符合全球环保要求。

高导热塑料散热体内部PLA分子间密布纳米级金属离子,在高温下可快速运动,增加热辐射能量。其活力优于金属材料散热体。高导热塑料散热器耐高温,150℃五小时不破裂,不变形,配合高压线性恒流IC驱动方案应用,无需电解电容和大体积电感,大幅提升LED整灯寿命,非隔离电源方案,效率高、成本低。特别适合日光灯管、大功率工矿灯的应用。

高导热塑料散热器可以设计很多精密的散热翼,散热翼可以做得很多很薄,散热面积得到最大的扩展,散热翼工作时自动形成空气对流扩散热量,散热效果较好。LED灯珠的热量通过高导热塑料直接到散热翼,通过空气对流和表面辐射快速散热。

高导热塑料散热器密度要比铝轻。铝的密度是2700kg/m3,而塑料的密度为1420kg/m3,差不多为铝的一半,所以同样形状的散热器,塑料散热器的重量只有铝的1/2。而且加工简单,其成型周期可以缩短20-50%,这也就降低了成本的动力。

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