中小功率LED新型散熱之垂直模式

文章來源:恒光電器

發布時間:2013-12-27

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與傳統光源相比，LED固體光源具有效率高、光色純、能耗低、壽命長，可靠耐用、應用靈活、無污染等優點，目前已被廣泛應用于道路照明、家居照明、汽車照明、景觀照明等領域。然而良好的散熱特性是LED優異性能和穩定可靠的根本保證。溫度對LED性能產生重要的影響，包括色溫改變、波長紅移、效率下降、正向壓降等等，因此，熱管理對LED的性能、光轉換效率以及應用產生重要的影響。本文主要研究新型垂直散熱模式LED在光電熱特性方面的潛在優點。與傳統水平散熱模式LED相比，垂直散熱結構LED具有亮度高、散熱快、光衰小、成本低、穩定可靠的特點，是目前中小功率LED中應用照明光源的發展趨勢。

　　垂直與水平散熱模式結構對比

　　在本文兩種不同散熱模式LED特性分析中，新型垂直散熱模式LED選用目前市場及應用熱門的3014led為例，傳統水平散熱模式則選用常用的3528LED為例，以做對比分析。　　

     圖1和圖2分別為垂直散熱與水平散熱LED的結構示意圖，圖3所示為兩種LED的散熱方式示意圖。

圖1.垂直散熱模式結構示意圖

　圖2.水平散熱模式結構示意圖

　圖3.水平與垂直散熱方式示意圖

　　從圖1、圖2的結構圖中可以看出，3528LED在結構是通過銲接兩端電極的焊腳進行散熱，散熱方式為水平散熱。3014LED在結構上是通過底板散熱通道進行散熱，散熱方式主要為垂直散熱。圖3更清楚的表達了兩種不同結構LED 的散熱模式。

　　led燈珠的熱學特性模擬

　　為了更好的研究對比分析不同散熱結構LED的散熱情況，我們使用了ANASYS有限元分析模擬軟件進行建模及熱學模擬分析。

　　為了能更方便的計算LED的熱阻，首先設置底板溫度參數為60℃，芯片功率為0.06W，固晶膠KER-3200-TI厚度為0.01mm，驅動電流為20mA進行熱分析，水平散熱結構 LED及垂直散熱結構LED的熱分布分別如圖4、圖5所示。

圖4.水平散熱結構LED熱模擬溫度分布圖

圖5.垂直散熱結構LED熱模擬溫度分布圖

表1.散熱模擬溫度數據

　　由圖4、圖5及表1可以看出，當同時控制基底溫度為60℃和LED工作電流為20mA時，雖然垂直散熱模式LED的芯片溫度要略高，這是因為所選用的3014LED模型的體積及散熱面積均遠小于3528 LED，熱量過于集中所造成。但垂直散熱模式的溫差較小，其熱阻117 mm2℃/W也遠低于傳統水平散熱156 mm2℃/W，均表明垂直散熱模式的散熱效率優于水平散熱模式。

　　為了更接近散熱的客觀事實情況，對LED熱特性進行第二次模擬分析。此次模擬在模型中加入相同尺寸的鋁板，不限定其溫度，只設定驅動電流為20mA，與現實使用情況相符。水平散熱LED及垂直散熱LED的熱分布分別如圖6、圖7所示。

圖6.水平散熱結構LED熱模擬溫度分布圖

圖7.垂直散熱結構LED熱模擬溫度分布圖