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大功率LED的散热设计———大功率LED的散热设计
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大功率LED的散热设计———大功率LED的散热设计
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管理员
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电源技术
2014-4-24 09:00:37
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近年来,大
功率
LED
发展较快,在结构和性能上都有较大的改进,产量上升、价格下降;还开发出单颗功率为
100
W的超大功率白光LED。与前几年相比较,在发光效率上有长足的进步。例如,Edison公司前几年的20W白光LED,其光通量为700
lm
,发光效率为35lm/W。2007年开发的 100W白光LED,其光通量为6000lm,发光效率为60lm/W。又例如,Lumiled公司最近开发的K2白光LED,与其Ⅰ、Ⅲ
系列
同类产品比较如表1所示。从表中可以看出:K2白光LED在光通量、最大结温、热阻及外廓尺寸上都有较大的改进。Cree公司新推出的XLamp XR~E冷白光LED,其最高亮度挡QS在350mA时光通量可达107~114lm。这些性能良好的大功率LED给开发LED白光照明灯具创造了条件。
前几年,各种白光LED照明灯具主要是采用小功率&
Phi
;5白光LED来做的。如1~5W的灯泡、
15
~20W的管灯及
40
~60W的
路灯
、投射灯等。这些灯具使用了几十到几百个Φ5白光LED,生产工艺复杂、可靠性差、故障率高、
外壳
尺寸大,并且亮度不足。为改进上述缺点,这几年逐步采用大功率白光LED来替代Φ5白光LED来设计新型灯具。例如,用18个2W的白光LED做成的街灯,若采用Φ5白光LED则要几百个。另外,用一个1.25W的 K2系列白光LED,可做成光通量为65lm的强光
手电筒
,照射距离可达几十米。若采用Φ5白光LED来做则是不可能的。
用大功率LED做的灯具其价格比白炽灯、
日光灯
、
节能灯
要高得多,但它的节能效果及寿命比其他灯具也高的多。如果在路灯系统及候机大厅、大型百货商场或超市、高级宾馆大堂等用电大户的公共场所全部采用LED灯具,其一次性投资较高,但长期的节电效果及经济性都是值得期待的。
目前主要采用1~3W大功率白光LED作照明灯,因为其发光效率高、价格低、应用灵活。
大功率LED的散热问题
LED是个
光电
器件,其工作过程中只有15%~25%的电能转换成光能,其余的电能几乎都转换成热能,使LED的温度升高。在大功率LED中,散热是个大问题。例如,1个10W白光LED若其光电转换效率为20%,则有8W的电能转换成热能,若不加散热措施,则大功率LED的器芯温度会急速上升,当其结温(TJ)上升超过最大允许温度时(一般是
150
℃),大功率LED会因过热而损坏。因此在大功率LED灯具设计中,最主要的设计工作就是散热设计。
另外,一般功率器件(如
电源
IC
)的散热计算中,只要结温小于最大允许结温温度(一般是
125
℃)就可以了。但在大功率LED散热设计中,其结温TJ要求比125℃低得多。其原因是TJ对LED的出光率及寿命有较大影响:TJ越高会使LED的出光率越低,寿命越短。
图1是K2系列白光LED的结温TJ与相对出光率的关系曲线。在TJ=25℃时,相对出光率为1;TJ=70℃时相对出光率降为0.9;TJ=
115
℃时,则降到0.8了。
表2是Edison公司给出的大功率白光LED的结温TJ在亮度衰减70%时与寿命的关系(不同LED生产厂家的寿命并不相同,仅做参考)。
图3 NCCWO22的内部结构
在表2中可看出:TJ=50℃时,寿命为90000小时;TJ=80℃时,寿命降到34000小时;TJ=115℃时,其寿命只有13300小时了。
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