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大功率LED路燈存在的問題和解決方案

發(fā)布時間:2009年9月8日 來源:中國節(jié)能產業(yè)網

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  大家共同來探討一個設計方式:散熱是靠面積的道理顯而易見,是否可以將散熱面做成柱狀或多面形錐體。

  在增加散熱面保證散熱效果的基礎上,解決了不同方向的風和雨的自然沖刷可易性和清除灰塵的粘敷性的問題,保證了熱沉殼體的散熱效果不受惡劣環(huán)境的影響。

  以現在的金屬加工技術來看,機械加工是不可能做出理想化的絕對的平整表面,即便是鏡面,也有很多細小的坑凹,只是肉眼不太容易發(fā)現,除了表面上存在坑凹外,還會有很多細小雜質,如灰塵什么的。當散熱器表面和芯片表面接觸時,存在的很多溝壑或空隙中都是空氣。空氣的導熱能力很差,因此必須用其它物質來降低熱阻,否則散熱器的性能會大打折扣,甚至無法發(fā)揮作用。

  作為解決辦法,導熱介質就應運而生了,它的作用就是填充兩個接觸表面之間大大小小的空隙,增大發(fā)熱源與散熱片的接觸面積。導熱硅脂是我們最常見的導熱介質。

  導熱硅脂是用來填充鋁基板與散熱片之間的空隙的材料的一種,這種材料又稱之為熱界面材料。其作用是用來向散熱片傳導鋁基板散發(fā)出來的熱量,使鋁基板溫度保持在一個可以穩(wěn)定工作的水平,防止鋁基板因為散熱不良而損毀,并延長使用壽命。

  作為一種化學物質,導熱硅脂有著一些反映自身特性的相關性能參數。了解這些參數的含義,大致上可以判斷一款導熱硅脂產品的性能高低。

  導熱系數(Thermal Conductivity),導熱系數的單位為W/m•K(或W/m•℃),表示截面積為1平方米的柱體沿軸向1米距離的溫差為1開爾文(K=℃+273.15)時的熱傳導功率。數值越大,表明該材料的熱傳遞速度越快,導熱性能越好。

  目前主流導熱硅脂的導熱系數均大于1W/m•K,優(yōu)秀的可達到6W/m•K以上,是空氣的200倍以上。但是和銅鋁這些金屬材料相比,導熱硅脂的導熱系數只有它們的1/100左右,換而言之,在整個散熱系統中,硅脂層其實是散熱瓶頸之所在。對于一個散熱系統而言,不僅是散熱器的事,導熱介質也是很重要的組成部分:

  散熱系統的總熱阻 = 散熱器熱阻 + 導熱介質熱阻

  導熱硅脂作為我們最常用的導熱介質,其重要性不言而喻了,要降低其熱阻,一方面取決于產品本身的性能, 另一方面取決于對產品的使用。因此我們要盡量選用那些導熱性能好熱阻低的導熱硅脂,并在使用上多加注意,在保證硅脂完全填充熱源和散熱器表面空隙前提下,涂抹方式硅脂層盡可能地薄。

  值得大家注意的是普通導熱硅脂在高溫環(huán)境中使用一段時間后會出現“干化”或“硬化”現象,將會大大影響散熱效果。因此在鋁基板與熱沉之間的導熱環(huán)節(jié)需重視。

  有關人士正研究在熱沉材料上進行特殊的陶瓷化處理直接安裝線路,經過這樣的優(yōu)化后將會根本解決散熱的導熱環(huán)節(jié)。

  從國內現有參與制作LED路燈的企業(yè)廠家來看,大部分是沒有制作過路燈,對路燈制作的技術具體要求較模糊,互相參照模仿,以常規(guī)傳統“蛇頭”形狀制作具多。當今LED路燈矩形狀的重量與風阻影響著路燈的改造安裝,在光學配光和維護要求上與其常規(guī)氣體放電燈燈具相比難度較大,特別是直接的使用方業(yè)主反應強烈,給應用推廣帶來了困難。

  我從國家電光源檢測中心得到的相關信息,在諸多廠家送檢產品中就在IP防護這一項目上,絕大多數存在問題,而且意識不到問題的所在,認為我們的產品在水里都浸泡過也沒有問題,怎么到檢測中心就出問題?相信也有些產品在使用一段時間暴露出光源腔體存有水氣。我看到許多廠家在檢測中心排隊送檢的產品,感到心痛,很多彎路是可以避免的。在燈體密封結構上,在密封圈的材料選用上,飛利浦的燈具在這方面就做了專門的研究。

  在路燈造型結構設計上,不要跟著傳統路燈的模樣走。路燈的功能是要達到道路照明的要求,可以發(fā)揮LED光源的任意組合強項,可制作成“變形金剛”的特點,能真正做到“白天觀景,夜晚觀燈”的城市景觀效果。道路照明要求的是;一定的照度和路面均勻度與平均照度,常規(guī)照明燈具反射器的缺憾在路面平均照度上難以達到標準要求。在燈具出光效率的有效利用上,傳統路燈的效率標準應≥70%為合格,但實際上有一部分溢散光不能準確地控制在照射面上并且無法利用,造成光污染,有效利用率約50%,而LED路燈的光學配光可以準確控制光線方向,有效利用率達60%以上。

  從當今大功率LED路燈點光源及光效的特點來看,要滿足道路照明的要求,必須要把有效的光強利用到有效的照明范圍,道路照明的燈桿間距基本在30—40m,要保證道路的平均照度要求,其點光源LED燈具配光要使得路面沒有斑馬效應,需進行相應的二次光學系統配套設計。

  高質量的大功率LED路燈用模塊化配套的二次光學系統可以有效控制路燈照明的平均照度,10米高時為34米×12米近似矩形光斑,光斑形狀與均勻度均能滿足道路照明要求。

  從以上兩點可以看出,只要LED路燈二次光學設計合理,投向目標照射面的有效光通量和傳統路燈基本接近。

  目前LED路燈的配光技術已經有了很大的發(fā)展,有些廠家已經開發(fā)出良好的二次配光系統,而不再是單純依靠光源排列來配光,但綜合看,配光還不能做到完全合理,有些在道路內側的配光較亮,均勻度也能滿足要求,但人行道側環(huán)境光的亮度明顯不足,SR值明顯不符合要求,還是廠家設計人員對道路照明標準的要求理解不夠。

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