LED灯具基础知识
一、LED灯具的特性：
LED灯珠是属于发光二极管的一种，能够将电能转化为光能的半导体，它改变了白炽灯钨丝发光与节能灯三基色粉发光的原理，而采用电场发光。LED灯具可采用直流DC220V电压，不需要启辉器和镇流器。启动时间短，无闪频。
LED灯具的主要特点为：
①新型绿色环保光源：LED运用冷光源，眩光小，无辐射，使用中不产生有害物质。LED的工作电压低，采用直流驱动方式，超低功耗（单管0.03~0.06W），电光功率转换接近100%，在相同照明效果下比传统光源节能80%以上。LED的环保效益更佳，光谱中没有紫外线和红外线，而且废弃物可回收，没有污染，不含汞元素，可以安全触摸，属于典型的绿色照明光源。
②寿命长：LED为固体冷光源，环氧树脂封装，抗震动，灯体内也没有松动的部分，不存在灯丝发光易烧、热沉积、光衰等缺点，使用寿命可达6万~10万小时，是传统光源使用寿命的10倍以上。LED性能稳定，可在-30~+50oC环境下正常工作。
二LED灯具产品主要参数：
光通量（单位：LM)、显色指数（单位：Ra) 、色温（单位：K）、功率因素（单位：PF）、散热能力
①光通量：主要指产品的亮度，灯具通过消耗电能而发出光能，光通量越大、发出的光能越多。因此它是表征光源发光能力的指标，当两盏灯功耗相同时，光通量越大，灯具越好。一般的LED灯具及时能达到90-110LM/W 好的灯具甚至能达到120-150LM/W。（传统白炽灯 10-15LM/W 节能灯30-65LM/W）
②显色指数：显色指数指对一个颜色的再现能力。显色指数越高，颜色越正。通过与同色温的参考或基准光源（白炽灯或画光）下物体外观颜色的比较。还原物体本真色彩的百分比，能正确表现物质本来的颜色需使用显色指数高的光源，其数值接近100，显色性最好。白炽灯97-100 LED灯85-12
③色温：指光发出的颜色，色温越高发的光偏蓝，色温越低。发的光偏红。是以太阳光为参照标准。常规的色温有3种。
- 1 - LED灯具散热图模拟计算方案
LED的光电转换效率极差,只有10 %～20 %的电能转化为光输出,其余的转化为热能。因此,当使用多颗LED 组装成一个模组,极差的转换效率将会带来散热问题,热量使大功率LED 的温度上升,从而导致工作电压减小,光强减小,光波长变长,严重缩短LED 的寿命,加速其光衰。
散热设计：路灯散热路径：LED芯片->散热基板->翅片->空气。
（1）路灯散热设计的散热方式：因路灯具是夜间使用、散热面位于正上面以及体型受限制较小等有利于空气自然对流散热的优点，且结构要求简单实用，所以散热方式选用自然空气对流散热。
（2）散热基板选用PCB板，导热系数为27.6w/m·k。基板的导热系数很高，能快速的将热量从LED芯片导出，从而降低路灯的温度。
（3）装翅片，选用铝材料，高8mm，厚4mm（如果太厚会增加路灯的重量，影响路灯的使用寿命），间隔距离为10mm。因路灯散热面在灯具的上面，所以，散热翅片平行道路排列，以便于散热翅片间空气的流动。
用Icepak仿真软件进行散热图的模拟计算分析
1.建模
选取灯具的一部分建模，参数为：0.125m*0.125m*0.08m，面上有30个LED，每个LED的功率为1W，LED封装的罩子和基板选用PCB（覆铜铝基板），导热系数为27.6w/m·k，翅片材料为纯铝压铸件（软件默认翅片材料）。整体模型如图8-1。
图8-1灯具模型 - 2 - 2. 对模型进行散热模拟计算分析
（1）气流的速度向量图：
如图8-2、图8-3分别是位置为无翅片散热和带翅片散热气流速度向量图，图中可以看出整体的气流是做上升运动。冷空气从灯具边缘往中间流动，与翅片上的热量进行交换，带走翅片上的热量。气流在灯具附近的速度很低，然后吸收高温灯具的热量，气流受热速度逐渐增大，慢慢向灯具上方流动，同时周围环境空气不断向灯具涌动，与灯具和中间的热空气产生热交换，带走了更多的热量，气流越往上流动，速度越大，温度越低，最后和环境温度达到热平衡。
COHS散热封装技术介绍 光海科技 市场行销 处长 黄世仁
现今LED封装业者所致力的任务是研发高质量的热传导解决方案，以使LED
光效提升及将LED寿命发挥到极致。因为如果热也封在LED的封装体内，无法
有效率的排出外界，LED的光效及寿命将会折损。
好的封装模式可以将热的堆积达到最小化，而且可以将光有效率的导出外界。
现行LED封装基板一瓦以上的产品从铝基板、MCPCB、印刷电路板、陶瓷到硅
基板都有。
光海科技以载板设计的能力，应用在LED的封装上，将LED直接覆着在铜
基座上，运用本身既有的电路设计能力，实现了电热分离的概念，将LED工作
时产生的热能直接的透过高导热金属(铜)而传导出来。
影响LED散热之关键要素包括LED晶粒、晶粒基板、封装端，以及模块的
材质与光学设计，而LED所累积热能多半以传导方式散出，故LED晶粒基板
&LED芯片封装的设计与材质为关键。
图一:COHS封装结构
如图一为COHS的基本结构，由图可知，晶粒直接以银胶固定在铜基座上，
少了传统封装结构中常用的陶瓷，塑料，MCPCB等热阻材，大大的降低了不必
要的热阻，如图二所示，LED照明系统有许多因素会影响LED系统的可靠度，
例如:驱动器、光学组件、机构、灯具及安装方式。身为一个LED模块的制造者，
光海无法对所有的影响组件作专业性的控管，但因为COHS的封装技术，我们
可以将LED光源寿命发挥到极致，而且确保安装时的质量。
图二:LED照明系统可靠度关系 结面温度与光输出关系 结面温度与寿命关系
图三:LED结面温度与光效、寿命的关系
图三说明结面温度与光效及寿命的关系图，由图可知，越高的结面温度，相对的LED寿命也跟着变短，当结面温度从63℃上升到74℃，寿命将会衰减为
原来的3/4倍。
图四:封装结构的演进
针对封装结构来看，导线封装的结构，层层堆栈下制造过多的热阻材，再加上可能不当材质的选用，使得热传导产生一定的难度，也使得结面温度的控制
LED灯具散热设计分析
摘要：散热是LED照明灯具使用的关键，温度上升会使产品的性能降低，进而引起一系列问题。文章首先介绍了LED照明灯具的发光原理、结构及传统LED灯具的散热模式，接着对LED灯具散热设计思路进行了详细分析，指出了存在的问题，给出改善灯具散热设计的方案。
关键词：LED灯具；散热设计；分析
引言
随着世界科技发展程度的日新月异，人类对生活质量及节能要求的不断提高，在家庭照明上发光二极管也就是我们说的LED 照明灯具已普及到每家每户，这主要是LED相对于其它照明设备上，不仅能提供优异的照明效果，而且在节能上面也更胜一层，但凡事都有优缺点，LED灯具的寿命和使用效果都会制约于工作过程中的温度升高，特别是温度超过60度时LED设备的寿命会加剧减少，而目前市场上普遍的LED灯的工作时，只能加所有电能的10-15%转换成光能，其它都会转换成热能，故散热设计及研究是LED照明灯的重要部分。
1、LED灯具的发光原理、结构及传统LED灯具的散热模式
LED全称light emitting diode，翻译成中文即发光二级管。LED
的核心部分是由p型半导体和n型半导体组成的晶片，它利用固体半导体芯片作为发光材料。其发光原理是：LED在工作时处于正向导通的状态，通过电子和空穴的复合作用，放出过剩能量而引起光子发射产生可见光，光的强弱与电流有关。
LED灯具的结构主要有灯具壳体、散热模组、LED芯片、折射透镜、电源部件以及其他零件。如下图一所示
图1 LED结构组成
传统LED散热模式可以分为三部分：①热传导，即从LED核心散热区到基板等其它结构件，该部分主要通过热传导方式进行；②热辐射，即从散热核心区传到空气中的散热，该部分则主要通过热辐射的方式进行；③热对流，从散热核心区的热气区往上流动，然后气压带动冷空气接着不断的流入散热芯片，如此往复，便可形成空气自然对流，该部分则主要通过热对流的方式进行。
