LED灯具散热器的结构研究与优化设计分析

LED灯具散热器的结构研究与优化设计分析

李昌勇

身份证号码：432924198109302212

[摘要]对于LED灯具而言，LED结温能否降低，直接关系着灯具实际的使用寿命，只有积极落实对其散热其内部结构合理优化设计，才能够尽最大可能地保证达到良好的降低结温效果，并为LED灯具提供寿命保障。故本文主要探讨LED灯具的散热器总体结构及其优化设计，仅内参考。

[关键词]散热器；LED灯具；结构设计；优化设计；

前言：

LED灯具当中，散热器从属重要部分，若想为其各项性能和使用寿命提供保障，则就务必要注重对散热器总体结构实施优化设计各项工作，便于进一步延长该LED灯具实际的使用寿命。

1、阐明对LED灯具的散热器总体结构实施优化设计之必要性

结温对于LED灯具所产生影响往往集中体现于光衰及寿命层面。LED灯具光衰为70%情况之下，灯具实际使用寿命则可达到标准。若LED结温温度为100℃，使用寿命则为10000h；LED结温温度若为60℃，LED灯具实际使用寿命则为90000h。可见，LED结温温度越高，LED灯具则呈越短的使用寿命。想将LED灯具实际使用寿命有效延长，则降低结温较为关键，常见方式现阶段就是设散热器，但因散热器实际形状、结构、功率及其效果等，均会影响着降低结温实施效率及效果[1]。故对LED灯具的散热器总体结构实施优化设计较为必要，希望通过结构优化，确保达到有效延长LED灯具实际使用寿命的目的。

2、结构研究及其优化设计

2.1在基板设计层面

散热器内部结构以两种为主，即装配及未装配的两种类型散热基板。有散热基板及无散热基板条件下，散热器需额外设置同等参数型号PCB基板，PCB基板和散热基板存在差异，散热基板为散热器产品本厂自带元件，PCB基板则为LED灯具整个散热器内部结构，有着辅助散热层的作用。为此次选定型号相同参数芯片，在同等结构类型散热器上设PCB基板，选定型号参数均相同，以该结构为试验唯一变量，开展仿真试验，且输入功率设40W、30W、15W，不同功率条件之下，进行结温参数提取。结合试验结果了解到，运行功率比如果较小，则没有增加散热器的基板必要性；如果运行功率＞20W，需增设散热器的基板，确保LED灯具功能及经济效益实现最大化。LED灯具如果所用为无散热的基板相应散热器，散热器内部PCB的铝基板实际厚度可适当增加，厚度设0.2cm条件之下，可达最大的运行效率，而散热效果则可达最佳；设散热基板，PCB的铝基板实际厚度应适当减少，充分考虑铝基板实际使用寿命，可选定0.1cm厚度材料予以优化设计[2]。

2.2在圆形的散热器层面

圆形的散热器整个内部结构所发生变化，会致使散热器各自身性能及总体的散热效果发生改变。通过优化设计圆形的散热器内部结构，便于确定最佳的一种散热效果各项参数组合，下列是针对圆形的散热器内部散热片具体分布及其厚度参数的分析设计：一是，在散热片具体分布层面。圆形的散热器内部结构研究，侧重于对结构内部散热片实际径向分布对其散热性能所产生影响情况实施分析，把控制该散热片实际径向分布当成是唯一变量，对于散热效果开展试验分析。设散热片实际厚度参数各为0.4cm、0.3cm、0.2cm、0.1cm，所对应着散热片总体径向的分布状态改变。散热片为0.3cm及0.2cm厚度条件之下，结温呈先降后增趋势，径向分布实际数值达25，基本达到最低值。其余两种厚度参数散热片为同等结温情况的变化趋势。0.1cm厚度散热片总体径向分布的数值为22条件之下，结温达最低点；0.4cm厚度散热片总体径向分布的数值为18条件之下，结温同样达最低点。经试验分析后了解到，厚度及径向分布具体方式均会影响到该圆形的散热器自身散热效果，但散热器为恒定厚度条件之下，散热器整个径向的分布个数应当予以明确，取其结温的最低数值相应组合，便于达到对圆形的散热器总体结构良好的设计目的；二是，在散热片具体厚度层面。把散热片实际厚度当成是变量，而其余各项参数则相同，以仿真试验为主要方式，对散热器自身性能变化实施测定。厚度参数和散热片整个径向的分布厚度实际参数相同，试验分析所选定LED灯具实际运行功率确定为20W，而其余参数均相一致。结合试验结果可了解到，散热片为0.2cm厚度条件之下，散热片所呈现散热效果可达到最佳，结温值则可达最低。LED灯具实际运行使用过程当中，伴随散热片实际厚度的不断增加，其结温变化先降后增，故圆形结构类型的散热器实际使用过程当中有最佳的厚度值存在。

2.2在矩形的散热器层面

选定矩形的散热器，以市面上最为普通类型散热装置为基础结构，对LED灯具内部散热器实际使用情况进行分析，充分考虑散热片实际长度、厚度及其分布间距各项参数，其对于散热效果可能会产生影响情况，经过调整优化，选定最佳的各项参数，确保成本不增加基础上，促使LED灯具达到最佳的散热性，长宽度设定标准值分别是15cm及0.9cm。下列是针对散热片具体的长宽度及分布间距各项参数分析设计：一是，在长度层面。散热片具体长度参数，会影响到LED灯具总体的散热效果，把它当成是唯一变量，以仿真试验为方式，分析了解LED结温变化实际规律。结合试验结果可了解到，伴随散热片实际长度的增加，其结温参数呈下降趋势，待达到特定长度情况下，结温参数则趋于稳定状态，持续将散热片拉长情况下，结温参数仍然维持稳定。二是，在厚度层面。厚度参数，同样也会影响到散热片自身使用性能。试验分析可分成两组，选定同等类型散热器，对比分析其散热性能。一组试验样本，该散热片为同等数量和各项参数，以厚度为唯一变量；二组试验样本，为同等控制间距和厚度比值，对厚度参数实施调整后，对其结温参数实际变化情况做出判断分析。最终结果表明了结温随着厚度的增加呈先降后达最低点情况逐渐升高趋势，散热片为0.2cm厚度条件下，可呈现最佳的散热效果；三是，在分布间距层面。分别设厚度参数为0.6cm、0.4cm及0.2cm，散热片处于给定厚度和宽度条件之下，实时调整其分布间距，在改变不同的厚度参数下，分析散热片实际分布间距变化规律情况。试验分析结果显示，该散热片呈0.2cm厚度条件之下，结温会伴随分布间距持续增加而下降，待间距达0.9cm后，结温则降为最低，之后呈增加趋势

[3]；0.6cm及0.4cm厚度条件之下，变化趋势等同于前例，0.4cm厚度条件之下，间距最低为1cm；0.6cm厚度条件之下，间距最低为1.1cm。以此便可了解到分布间距和散热器自身性能具体影响规律情况，即为矩形的散热器内部结构有最佳的间距分布存在，与厚度参数关联性较大，厚度和分布间距相互间比值以2.8左右为宜，便于将散热效果有效提升。

3、结语

综上所述，对LED灯具的散热器总体结构实施优化设计期间，要求设计者们能够在充分考虑降低结温和LED灯具实际使用寿命相互间关系，对LED灯具的散热器内部基板实施合理地优化设计，并结合实际情况，对圆形或是矩形两种不同结构类型的散热器，进行科学合理地优化设计，便于达到对LED灯具的散热器总体结构最佳优化设计实施效果。

参考文献：

[1]翟晨.一款LED航空灯具的散热结构设计和仿真验证[J].中国科技纵横,2020，15（019）：279-280.

[2]马剑堃,骆名录.LED灯散热器结构,CN210662778U[P].2020,38（005）：324-325.

[3]谢伟伟,颜祯,王高辉,等.200W LED灯散热器设计与优化[J].科技视界,2020,38(019):310-311.