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灯具散热好不好,到底什么说了算?

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首先,说到 LED,从外观上来讲,我们一眼就可以辨别出它与传统光源的不同,因为,几乎所有的 LED 都有一个显著的特征——散热器。

 

 

各式各样的散热器可不是为了 LED 灯具的美观,而是为了让 LED 更好的工作。

 

那你一定会疑惑,为什么以前的光源使用散热器的少,而 LED 时代几乎所有的灯具都有用到散热器呢?

 

那是因为以前的光源都是靠热辐射来发光的,比如钨丝灯,就是靠热来发光,所以是不怕热的。而 LED 的基本结构是一个半导体的 P-N 结,温度稍微高一点,工作性能就会下降,因此散热对 LED 来说至关重要。

 

首先,让我们一起来看看 LED 的构成及原理图

 

小知识:LED 芯片工作时会发热,我们把其内部 PN 结的温度简称结温(Tj)

 

 

在我们的日常生活中,LED 的光通量是会随着结温的升高而降低的,如图,以结温 25℃ 的时候为标准值,则结温到 100℃ 的时候,光通量只有 80% 左右了。

 

 

而且,最重要的是,LED 灯具的寿命是与结温密切相关的。

 

 

需要明白的一个概念是:在我们常规说到 LED 寿命的时候,并不是说它寿终烧毁,一般当 LED 光输出到 70% 的时候,我们就认为它寿终了。

 

从上面的图可以看出,如果结温控制在 105℃,那么 LED 灯具到 10000 小时左右,光通量就衰减到 70% 了;而如果结温控制在 60℃ 左右,那么它到 100000+ 小时,光通量才会衰减到 70%。寿命增加了 10 倍。

 

在日常生活中,我们最常遇到的是说 LED 寿命 50000 小时,其实就是结温控制在 85℃ 时的一个数据。

 

既然结温对 LED 灯具的寿命起到如此重要的作用,那怎么降低结温呢? 别急,先来看看灯具是如何散热的,了解了散热的方式,自然就知道如何降低结温了。

 

热传递三种基本方式为:传导、对流和辐射

 

散热器的主要传递途径为传导和对流散热,自然对流下的辐射散热。

 

 

    传递热量的基本原理

 

 

 1 传导

 

热从温度较高的一部分沿着物体传到温度较低的部分的方式。

 

 

影响热传导的因素

 

1. 散热材料的热传导率

2. 散热结构造成的热阻

3. 热传导材料的形状和尺寸

 

 2 辐射

 

高温物体直接向外发射热的现象

 

 

影响热辐射的因素

 

1. 周围环境与介质的热阻性(主要考虑空气)

2. 热辐射本身材料的特性(一般深色往外辐射的力气大一点,其实辐射传递不是特别重要,因为灯具温度不是太高,辐射不是很强)

 

 3 对流

 

靠气体或液体的流动来传热的方式

 

 

影响热对流的因素

 

1. 气体的流动及其速度

2. 液体的比热容及流动速度和体积

 

▲外形一样的散热器,右边散热能力就比左边的好

 

在 LED 灯具中,散热器在灯具的成本里占了很大一块。某些厂家为了节省成本,在散热器的结构,用料和设计上以次充好,结果导致灯具的严重售后问题。

 

说了这么多,其实只是铺垫,现在才是重点。

 

到底如何判断灯具的散热好还是不好呢?

 

最权威的当然是使用专业的设备测试结温了。

 

 

可是这么专业的设备,对一般人来说可能要望而却步了,那么我们剩下的只有用最传统的办法,用手去触摸灯具感应温度了。

 

那么灯具到底是摸上去烫好还是不烫好呢?

 

手摸散热器很烫,肯定不好

 

手摸散热器很烫,散热系统必定不好,要么散热器散热能力不足,芯片热量不能及时散发出去;要么有效散热面积不够,在结构设计上存在缺失。

 

 

手摸灯体不烫,不一定好

 

当 LED 灯具正常工作时,好的散热器必定温度较低,但温度较低的散热器未必就好。

 

 

芯片热量不多,传导良好,散热足够,手感温度不高。这是个好散热系统,唯一的“缺点”是有点浪费材料

 

 

如果基板下面有杂质,没有和散热器良好接触,热量传不出来,集聚在芯片。外面摸不热,其实里面芯片早就高温了。

 

在这里,小编推荐一个非常好用的办法——“半小时照度法”判断散热是否良好。

 

 

    半小时照度法

 

 

前面我们说过,一般 LED 结温升高,光通量会下降。那么,我们只要测量灯具照在同一个位置的照度变化,就可以反推出结温的变化了。

 

▲“半小时照度法”间接测量结温变化

 

首先,选择一个不受外界光干扰的场所,点亮灯具。

 

点亮后,马上拿照度计测量一下,例如 1000 lx。

 

保持灯具和照度计位置不变,半小时后,再拿照度计测量一下,500 lx,说明光通量下降了 50%,里面已经热得不行了,手摸外面还挺好,说明热量没出来,很差。

 

如果测量到是 900 lx,照度只下降了 10%,那说明是正常的一个数据,散热很好。

 

 

    “半小时照度法”的适用范围

 

 

我们列举几个常用芯片的“光通量VS结温”变化曲线,可以从此曲线看出,光通量下降多少流明,可以间接得知结温上升到了多少摄氏度。

 

例一

▲OSRAM S5(30 30)芯片,光通量比25℃时下降20%,结温已超过120℃

 

例二

▲OSRAM S8(50 50)芯片,光通量比25℃时下降20%,结温已超过120℃

 

例三

▲OSRAM E5(56 30)芯片,光通量比25℃时下降20%,结温已超过140℃

 

例四

▲OSLOM SSL 90 white 芯片,光通量比25℃时下降15%,结温已超过120℃

 

例五

▲Luminus Sensus Serise 芯片,光通量比25℃时下降15%,结温已超过105℃

 

从上面几张图可以看出,如果半小时后的热态照度比冷态下降 20%,基本上结温都已超过芯片的耐受范围。基本可以判断散热系统不合格了。

 

当然,这个是大多数的情况,万事都有特例,如图:

 

 

当然,对于大多数的 LED 而言,我们可以用半小时照度法,20%下降以内来判断它好不好。

 

学习到了吗,以后去挑选灯具的时候一定要注意哦,不能只看灯具外观,要用你的火眼金睛来挑选灯具哦。

 

2019年11月10日 10:20
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