LED路灯的散热设计

LED路灯规格书

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LED路灯采用恒流驱动，DIODES的驱动IC,效率高达

95%。

可拆卸的模块化结构使路灯更换与维修更方便。主体结

构采用压铸铝，灯罩采用超白钢化玻璃，灯背部成弧形，灯

体中间和两边有通风孔，利于空气对流散热和自我清洁。合

金代号为YL104,耐高温，耐腐蚀、耐老化，表面静电喷涂，

颜色可选（见图 1）。

图 1 LED 路灯模块

散热结构设计采用自然对流散热设计，对流型腔式铝

质散热器设计方案，散热器上下两层散热面，中间弧型中

空，前后通透，同时左右两侧有空气对流孔，加强了型腔

内部的空气流通，有利于热量的排出，从而有效的提高了

LED光源的热传导效率。以上独特的散热设计方案确保了

大功率LED光源工作在安全温度（见下图）。

LED 技术参数:

型号

输入电压: 100-240V AC

电源频率: 50~60Hz

功率因素 (PF) ＞0.95

总谐波失真( Thd) ＜20%

电源效率 ＞90%

光源工作电压: 24V DC

LED数量: 112×1W

灯具系统功耗: 135W

LED发光效率: ≥100 lm/W

LED初始光通量: 10800 lm (Tj=25℃)

LED正常光通量: 10200 lm(Tj=60℃,Ta=25℃)

灯具出光效率 (%): ＞90%

照度(E)及有效照射范围: (高度=8m) 31 Lx 28×13m

(高度=10m) 20 Lx 35×16m

(高度=12m) 12Lx 42×20m

相关色温: 暖白 :3,000~4,000K; 正白:4,000~4,500K;

冷白:5,500~6,500K

显色指数(CRI): Ra＞75

配光曲线或光斑: Type I（对称）或对称Type II（非对称） /

矩形光斑

最大光强角度: 纵轴:65°:横轴: 0°（Type I）或60°（Type II）

光束角: 120°×60°

２０１２年４月　第２３卷第２期　照明工程学报　ＺＨＡ０ＭＩＮＧ　Ｇ０ＮＧＣＨＥＮＧ　ＸＵＥＢＡ０　Ａｐｒ．　２０１２　Ｖ０Ｉ．２３　ＮＯ．２　

热管换热器应用于大功率ＬＥＤ路灯冷却系统　

的实验研究　出　

勾昱君　刘中良　

（１．北京工业大学环境与能源工程学院教育部传热强化与过程节能重点实验室，北京　１０００２２；　２．唐山学院，河北唐山０６３００９）　

摘要：研发了一系列将大功率发光二极管（ＬＥＤ）散热和热管传热相结合的用于大功率ＬＥＤ路灯冷却的热管散　热器，并对设计出的热管散热器的传热性能进行了实验研究。实验结果表明，该系列热管散热器具有良好的散热　能力，能控制节点温度在７０℃以下，满足了ＬＥＤ路灯对结点温度的控制要求；同时实验结果表明，改变翅片结构，　换热器散热能力明显不同，所研发的具有菱形、开孔形及外翻形翅片的热管换热器散热能力比普通矩形翅片热管　换热器的散热能力明显提高，其中以外翻形翅片的热管换热器散热能力最好；另外研究了改变环境温度、热管排　布数量、翅片材质及结构对换热器散热性能、换热装置体积、成本及质量的影响，找到更具应用价值的热管换热　器形式；最后研究了热管换热器工作倾角对ＬＥＤ路灯散热能力的影响，倾角越小，散热能力越好，垂直使用时散　热能力最差，最后从理论上加以分析。　关键词：热管；大功率ＬＥＤ；工作倾角；传热系数　

Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ　Ｓｔｕｄｙ　ｏｆ　Ｈｅａｔ　Ｐｉｐｅ　Ｅｘｃｈａｎｇｅｒ　ｆｏｒ　Ｈｉｇｈ　Ｐｏｗｅｒ　ＬＥＤ　

Ｒｏａｄ　Ｌｉｇｈｔｉｎｇ　Ｌａｎｔｅｒｎ　Ｃｏｏｌｉｎｇ　Ｓｙｓｔｅｍ　

Ｇｏｕ　Ｙｕｊｕｎ　’　Ｌｉｕ　Ｚｈｏｎｇｌｉａｎｇ　

（１．Ｔｈｅ　Ｅｄｕｃａｔｉｏｎ　Ｍｉｎｉｓｔｒｙ　Ｋｅｙ　Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ　ｏｆ　Ｅｎｈａｎｃｅｄ　Ｈｅａｔ　Ｔｒａｎｓｆｅｒ　ａｎｄ　Ｅｎｅｒｇｙ　Ｃｏｎｓｅｒｖａｔｉｏｎ，Ｃｏｌｌｅｇｅ　ｏｆ　Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ　ａｎｄ　Ｅｎｅｒｇｙ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｂｅｑｉｎｇ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｂｅｉｎｇ　１０００２２；２．Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ　ｏｆ　Ｃｉｖｉｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，　Ｔａｎｇｓｈａｎ　Ｃｏｌｌｅｇｅ，Ｔａｎｇｓｈａｎ，Ｈｅｂｅｉ　０６３００９）　

LED散热计算公式详解..

LT

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。

K2系列白光LED的结温TJ与相对出光率的关系。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。

：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。TJ在散热设计中要提出最大允许结温值TJmax,实际的结温值TJ应小于或等于要求的TJmax,即TJ≤TJmax。

大功率LED的散热路径.

大功率LED在结构设计上是十分重视散热的。图2是Lumiled公司K2系列的内部结构、图3是NICHIA公司NCCW022的内部结构。从这两图可以看出：在管芯下面有一个尺寸较大的金属散热垫，它能使管芯的热量通过散热垫传到外面去。

大功率LED是焊在印制板（PCB）上的，如图4所示。散热垫的底面与PCB的敷铜面焊在一起，以较大的敷铜层作散热面。为提高散热效率，采用双层敷铜层的PCB，其正反面图形如图5所示。这是一种最简单的散热结构。

LED路灯结构及工作原理

现有的大功率LED路灯，LED路灯芯片的热量散发的效率较低，影响 了LED路灯

芯片热量的散发，降低了LED路灯的使用寿命。

本产品的目的是克服现有技术的不足，提供一种LED路灯，利用 循环管道、冷却

水以及散热片LED芯片的热量散发出去，提高LED路灯的 散热效果。

本产品所采用的技术方案是：一种LED路灯包括有LED、散热器 以及外壳；LED

包括有芯片以及铝基板，散热器包括有吸热水箱，循环泵、 风机、循环管道、散热翅

片、集水槽以及单向阀；吸热水箱与LED的铝基 板连接，吸热水箱与循环管道连接，

循环泵设于循环管道上，循环泵与风 机连接，散热翅片绕在循环管道上，吸热水箱内

设有冷却水；循环管道与 单向阀连接，单向阀与集水槽连接，单向阀的导通方向由集

水槽指向循环 管道，利用集水槽补充冷却水，或者，收集雨水补充冷却水；吸热水箱

由 铝合金构成，吸热水箱设有导热板以及散热片，导热板与LED1的铝基板 连接；

LED芯片的热量经铝基板传递到导热板，导热板将热量传递到冷却 水以及散热片。

一种LED路灯的工作原理是：一种LED路灯设有散热器，散热器设有 散热片以及

散热翅片，利用散热器散热水箱的导热板将LED芯片的热量传 递到散热片，利用散热

片将热量散发于空间；利用户外的自然风带动风机 转动，利用风机驱动循环泵转动，

利用循环泵循带动冷却水于循环管道内 循环，利用冷却水将LED芯片的热量传递到循

环管道的散热翅片，利用循 环管道以及散热翅片将热量散发于空间。

本产品的有益效果是：一种LED路灯设有散热器，散热器的循环 管道设有散热翅

片以及散热片，利用散热片将LED芯片的热量散发于户外 空间；同时，利用户外自然

风驱动风机转动，利用风机带动循环泵转动， 利用循环泵以及冷却水将热量传送到循

环管道以及散热翅片，利用循环管 道以及散热翅片将热量散发于户外空间；提高了一

种LED路灯的散热效率。

1 图1是一种LED路灯的结构示意图。