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大功率LED路燈存在的問題和解決方案

發(fā)布時(shí)間:2009年9月8日 來源:中國(guó)節(jié)能產(chǎn)業(yè)網(wǎng)

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  針對(duì)世界金融風(fēng)暴的應(yīng)對(duì),中央發(fā)改委拿出4萬(wàn)億連同地方財(cái)政的支持預(yù)計(jì)將有10多萬(wàn)億的資金投入到國(guó)家交通、扶持企業(yè)、完善基礎(chǔ)建設(shè)上。最近國(guó)家科技部在全國(guó)啟動(dòng)“十城萬(wàn)盞”LED路燈半導(dǎo)體照明應(yīng)用工程,在這股強(qiáng)勁東風(fēng)下,一貫得到政府支持的半導(dǎo)體照明產(chǎn)業(yè),將是一個(gè)大發(fā)展的契機(jī)。許多企業(yè)都看好這個(gè)朝陽(yáng)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展空間,特別是半導(dǎo)體戶外照明的明顯節(jié)能優(yōu)勢(shì)。近2年一哄而上的諸多企業(yè),在還不甚了解半導(dǎo)體道路照明制作的特點(diǎn)下,模擬、仿造、沿著現(xiàn)今的常規(guī)照明路燈多種“蛇頭”形狀制作,一時(shí)間“百家爭(zhēng)鳴,百花齊放”的產(chǎn)品紛紛推向市場(chǎng)。經(jīng)過這兩年上路實(shí)驗(yàn)情況的檢驗(yàn),大部分的產(chǎn)品均存在不同程度的問題。

  大功率LED路燈技術(shù)問題具體表現(xiàn)在:

  1.由于對(duì)LED光源工作條件的要求不甚了解造成光衰減嚴(yán)重甚至于死燈。

  2.對(duì)道路照明要求感悟不足,科學(xué)性點(diǎn)光源光學(xué)配光難點(diǎn)及對(duì)色溫在道路照明中的重要性忽略,易造成眩光,斑馬效應(yīng)和在空氣污染嚴(yán)重,下雨有霧天氣的環(huán)境中,造成燈亮地面不夠亮的現(xiàn)象。

  3.對(duì)保證LED工作條件和對(duì)電源技術(shù)性的認(rèn)知程度不足,造成產(chǎn)品在電源上的故障層出不窮。

  4.對(duì)當(dāng)今LED路燈實(shí)用性道路的應(yīng)用概念不清,盲目的與大功率氣體放電燈“媲美”不計(jì)成本的制作超大功率LED路燈,造成不切合實(shí)際的價(jià)格昂貴的路燈產(chǎn)品難以推廣。

  5.對(duì)道路照明要求模糊,實(shí)際使用維護(hù)的欠考慮,造成直接使用業(yè)主的抵制。

  本人針對(duì)以上問題與大家一起討論解決方案:

  對(duì)LED光源的工作環(huán)境這個(gè)問題的討論,需具備了解LED的基本常識(shí);發(fā)光二極管其核心是PN結(jié)。因此它具有一般P-N結(jié)的I-N特性,即正向?qū)?,反向截止、擊穿特性。此外,在一定條件下,它還具有發(fā)光特性。在正向電壓下,電子由N區(qū)注入P區(qū),空穴由P區(qū)注入N區(qū)。進(jìn)入對(duì)方區(qū)域的少數(shù)載流子(少子)一部分與多數(shù)載流子(多子)復(fù)合而發(fā)光,其現(xiàn)今大功率LED發(fā)光效率約為30%,70%將是熱能,需要將其散熱處理。大功率白光LED的結(jié)溫TJ在亮度衰減70%時(shí)與壽命的關(guān)系可看出:TJ=50℃時(shí),壽命為90000小時(shí),TJ=80℃時(shí),壽命降到34000小時(shí),TJ=115℃時(shí),其壽命只有13300小時(shí)了。TJ在散熱設(shè)計(jì)中要提出最大允許結(jié)溫值TJmax,實(shí)際的結(jié)溫值TJ應(yīng)小于或等于要求的TJmax,即TJ≤TJmax。

  從以上的測(cè)試數(shù)據(jù)圖示經(jīng)測(cè)試發(fā)光二極管可正常工作的環(huán)境溫度其結(jié)溫溫度應(yīng)(<85℃)。高于此溫度范圍效率將大大降低,甚至于燒毀??梢钥闯鰷囟葘?duì)其直接影響的重要性。特別值得一提的是,對(duì)散熱材料的熱平衡速度要求重視度,造成光源的熱得不到有效的處理引起光衰減嚴(yán)重。現(xiàn)在許多生產(chǎn)廠家大功率LED的熱沉散熱殼體應(yīng)用基本采用不同的合金鋁材料,其導(dǎo)熱系數(shù)不一,一些材料的散熱速率難以滿足LED工作條件。不可忽略的鋁基板及導(dǎo)熱硅膠,硅脂材料的導(dǎo)熱環(huán)節(jié),使用材料的實(shí)際壽命質(zhì)量,將直接影響LED的工作散熱條件。如何減少中間環(huán)節(jié),直接與熱沉散熱近距離接觸將熱量快速達(dá)到平衡的有效散熱,是現(xiàn)今高質(zhì)量的LED燈具產(chǎn)品開發(fā)需考慮的方向。

  先從材料分析:金屬的熱傳導(dǎo)系數(shù)表:

  銀 429銅 401金 317鋁 237鐵 80錫 67鉛 34.8

  銀熱傳導(dǎo)系數(shù)比較好,但缺點(diǎn)就是價(jià)格太高,純銅散熱效果則次之,但已經(jīng)算是非常優(yōu)秀的了。不過銅也有缺點(diǎn):造價(jià)高、重量重、不耐腐蝕等。所以現(xiàn)在大多數(shù)散熱片都是采用輕盈堅(jiān)固的鋁材料制作的,其中鋁合金的熱傳導(dǎo)能力最好,好的風(fēng)冷散熱器一般采用鋁合金制作。至于銅,目前市場(chǎng)上也出現(xiàn)了純銅的散熱器,銅的導(dǎo)熱性能比起鋁要快的多,但銅的散熱沒有鋁快,銅可以快速的把熱量帶走,但無法在短時(shí)間內(nèi)把本身的熱量散去,另外銅的可氧化性是銅本身最大的弊病。當(dāng)銅一旦出現(xiàn)氧化狀態(tài),從導(dǎo)熱和散熱方面都會(huì)大大的下降。

  從對(duì)比上看,最好的散熱材料也并不是鋁材。銅和鋁的對(duì)比中形成了一種新型的工藝——銅鋁結(jié)合。所謂的銅鋁結(jié)合就是把銅和鋁用一定的工藝完美的結(jié)合到一塊,讓銅快速的把熱量傳給鋁,再由大面積的鋁把熱量散去,這不但增充了鋁的導(dǎo)熱不及銅,還彌補(bǔ)了銅的散熱不如鋁,有機(jī)的結(jié)合從而達(dá)到急速傳熱快速散熱的效果。

  多篇文章中都闡述了散熱是靠面積而不是看體積的大小,許多企業(yè)都了解了個(gè)中道理,殼體采用多層翅片散熱,但對(duì)熱沉散熱殼體的翅片忽略了防塵和積塵,日積月累將會(huì)影響殼體的散熱效果。應(yīng)從在自然條件下規(guī)避積塵的最小化,不同方向的風(fēng)和雨的自然沖刷可易性和清除灰塵的粘敷性。保證熱沉殼體的散熱效果不受惡劣環(huán)境的影響,散熱通道的暢通,做到真正的長(zhǎng)壽命。

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