大功率LED散熱性能的研究

1、五邑大學(xué)本科畢業(yè)論文畢業(yè)論文任務(wù)書院系應(yīng)用物理與材料學(xué)院專業(yè)應(yīng)用物理學(xué)學(xué)號(hào)AP1022141 姓名張南生1、畢業(yè)論文題目：大功率LED散熱性能的研究2、畢業(yè)論文任務(wù)及要求： 畢業(yè)論文任務(wù)：完成大功率LED散熱器對其性能的影響課題研究畢業(yè)論文要求：（1）完成大功率LED散熱器對其性能的影響文獻(xiàn)調(diào)研；（2）完成大功率LED散熱器種類及結(jié)構(gòu)分析；（3）完成大功率LED散熱器散熱性能分析；（4）完成大功率LED散熱器散熱對LED老化時(shí)間及發(fā)光特性的影響； 3、畢業(yè)論文應(yīng)完成的項(xiàng)目內(nèi)容：（1）完成文獻(xiàn)調(diào)研；（2）完成大功率LED散熱器性能的影響因素分析；（3）完成畢業(yè)論文。主要參考文獻(xiàn)資料：1 史光國，

2、半導(dǎo)體發(fā)光二極管及固體照明，科學(xué)出版社，2007:15-502 張雪粉，大功率LED散熱研究及散熱器設(shè)計(jì)，天津大學(xué)碩士論文，2007:1-233 劉篤仁，傳感器原理及應(yīng)用技術(shù)，西安電子科技大學(xué)出版社，2010:34-354 施敏，半導(dǎo)體器件物理與工藝，蘇州大學(xué)出版社，2002:46-695 高紅星，大功率LED散熱性能研究，西安電子科技大學(xué)碩士論文，2010:30-456 陸果，基礎(chǔ)物理學(xué)教程，高等教育出版社，2006:772-7757 Moo, WhanShin Thermal design of high-power LED package and system, Science & En

3、gineering, Myong Ji University,2011:4-78 T.Kobayashi ,D.Itami,optimizing Structure of LED Light Bulb for Teat Transfer ,Tsuyama Nationnal College ,Japan,2013:3-4 院長（主任）簽發(fā)： 指導(dǎo)教師簽名：時(shí)間： 年 月 日 時(shí)間： 年 月 日摘要本文主要介紹大功率COB LED燈的散熱原理以及影響LED散熱的因素，如散熱片大小和排列的疏密程度，導(dǎo)熱硅脂的種類和涂抹厚度等等。探討光源及散熱器的溫度對LED發(fā)光的影響。研究的主要內(nèi)容有：（1）簡要

4、介紹LED燈具的發(fā)展歷史及發(fā)展現(xiàn)狀，闡明LED燈具的主要結(jié)構(gòu)和散熱技術(shù)，敘述了本課題的研究目的和意義；（2）用控制變量法進(jìn)行試驗(yàn)，研究影響LED散熱性能的主要因素，包括散熱器材料，散熱片大小和散熱片排列的疏密程度，導(dǎo)熱硅脂的導(dǎo)熱系數(shù)和涂抹厚度；（3）用功率大小不一樣的光源進(jìn)行試驗(yàn)，分析光源和散熱器溫度對LED發(fā)光效率的影響。研究結(jié)果表明：通電后光源的溫度逐漸上升，到了一定數(shù)值后趨于穩(wěn)定，光源的功率越大，光源的溫度上限越高；導(dǎo)熱硅脂的導(dǎo)熱系數(shù)越高，涂抹的厚度越薄，散熱效果越好；在同一種散熱材料的基礎(chǔ)上，散熱片越大，散熱片排列越疏，越有利于LED的散熱。光源的溫度超過某個(gè)臨界值，會(huì)降低LED的反光

5、效率。關(guān)鍵詞 溫差；散熱；溫度；LEDAbstract This paper mainly introduces the heat high power COB LEDs and factor affecting heat dissipation of LED such as size and arrangement of heat sinks , the kinds and coated thickness of thermal conductive silic and so on . Besides , we studied the relationship between luminou

6、s efficiency of LED and the temperature of light source and radiator . Contents of study include ：（1）giving a brief introduction about the history and present situation of LED lamps , expounding the main structure and cooling technology of LED lamps , describing the purpose and significance of this

7、subject . (2)doing experiments using variable control act to explore factors include the degree of density heat sink , the size and arrangement of heat sink fins , the thermal conductivity and thickness of thermal grease that would affect the luminous efficiency . (3)using different light source to

8、analyze the effect of temperature of the LED light source and heat sink on the LED luminous efficiency.The results showed that the temperature of the light source is gradually increase to a certain value after power . The greater the power of the light source , the higher the temperature limit of th

9、e light source . The thinner thermal conductivity of thermal grease ，and the higher the heat conductivity coefficient of the thermal Silicone Grease , the better the cooling effect . As for the same Thermal material,the larger in sizes,and few and far between in the arrangement,the better for led co

10、oling.Key words Temperature difference；Heat dissipation；temperature ； Lighting Emitting Diode I目錄摘要IAbstractII第一章 緒論11.1 LED發(fā)展歷史及LED燈具的發(fā)展現(xiàn)狀11.2 LED散熱技術(shù)概述41.2.1 在燈體和PCB之間用導(dǎo)熱硅脂填充41.2.2 適當(dāng)?shù)剡x取散熱體41.3 課題研究的意義5第二章 影響LED散熱的因素72.1 導(dǎo)熱硅脂的導(dǎo)熱系數(shù)和涂抹厚度對LED散熱的影響72.2 散熱片的大小，疏密程度對LED散熱性能的影響8第三章 光源與散熱器的溫度對LED 發(fā)光的影響103

11、.1 直筒5寸筒燈數(shù)據(jù)分析舉例103.3 樣板2.印度訂單30W工礦燈的分析14第四章 案例分析及結(jié)論篇174.1 150W工礦燈的死燈案例174.2 180W工礦燈的光源報(bào)廢案例174.3 22W的T10光管光源硫化案例174.4 結(jié)論篇184.4.1 本畢業(yè)設(shè)計(jì)完成的主要工作184.4.2 得出的主要結(jié)論184.4.3 實(shí)質(zhì)性建議18致謝19第一章 緒論1.1 LED發(fā)展歷史及LED燈具的發(fā)展現(xiàn)狀 圖1-1 人類歷史中曾用到的幾種重要的照明光源的發(fā)展20世紀(jì)以來出現(xiàn)的樹種革命性的照明光源，熒光燈，高壓鈉燈，高壓汞燈，白熾燈，節(jié)能燈， LED燈，等等。其中LED從出現(xiàn)時(shí)候開始就以令人無法意想

12、的速度在發(fā)展，從其出現(xiàn)至今，LED即將代替節(jié)能燈成為市場上照明的主流產(chǎn)品。從1962年LED首次出現(xiàn)以來，LED的應(yīng)用范圍就在不斷地?cái)U(kuò)大，在燈具方面，由于早期的LED發(fā)光效率低，發(fā)光強(qiáng)度不夠，使得LED的燈具應(yīng)用范圍受局限，近十年來，由于LED封裝技術(shù)的進(jìn)步，在各項(xiàng)技術(shù)上不斷獲得新的突破，LED燈具的市場空間正在不斷地?cái)U(kuò)大，從公共照明領(lǐng)域?yàn)橹攸c(diǎn)轉(zhuǎn)移到日常辦公或生活照明為重點(diǎn)?，F(xiàn)階段，國內(nèi)民眾對LED日常照明的認(rèn)識(shí)還需進(jìn)一步提高，國內(nèi)LED應(yīng)用照明市場有待進(jìn)一步開發(fā)，但是在公共照明領(lǐng)域已經(jīng)取得很大程度上的突破。在歐美、日本等一些發(fā)達(dá)國家，LED燈具產(chǎn)業(yè)已經(jīng)相當(dāng)普遍。對于一些技術(shù)要求不高，污染嚴(yán)重

13、的環(huán)節(jié)，逐漸向中國轉(zhuǎn)移，比如，下游產(chǎn)業(yè)，技術(shù)上的要求不是很高，需要大量廉價(jià)勞動(dòng)力，在中國得以迅速發(fā)展。而在巴西，印度等一些發(fā)展中國家還未形成規(guī)模，因此中國得LED燈具行業(yè)已經(jīng)處在黃金時(shí)期，將來誰能抓住機(jī)會(huì)，誰就能引領(lǐng)燈具行業(yè)潮流。在中國，LED照明燈具行業(yè)已經(jīng)形成相當(dāng)完整的產(chǎn)業(yè)鏈，為我國的傳統(tǒng)照明產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型提供了很好的基礎(chǔ)。但是，燈具裝配的行業(yè)人才奇缺，員工素質(zhì)普遍偏低，對光源、電源的參數(shù)理解不透徹，對工藝細(xì)節(jié)掌握不夠牢固，成產(chǎn)成本居高不下，各燈具企業(yè)之間競爭激烈，尚未形成統(tǒng)一的成產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)，配件、資源的整合利用很少。未來中國LED燈具行業(yè)的走向，將取決于政府的政策和散熱技術(shù)的突破。序號(hào)項(xiàng)目1面蓋2

14、趴腳3彈簧4玻璃5反光罩6面蓋7固定蓋8光源9散熱器12螺絲 表1-1 筒燈裝配零件 圖1-2 飛碟系列筒燈的裝配圖 LED燈具，是由光源，電源，燈體以及其他零部件組裝而成，燈具行業(yè)，可以說是LED產(chǎn)業(yè)鏈與市場最接近的一個(gè)行業(yè)，將自制或者外購回來的零件，組裝成一個(gè)合格的燈，這就是燈具行業(yè)的實(shí)質(zhì)。列舉一個(gè)LED應(yīng)用非常成功的地方：中山古鎮(zhèn)。古鎮(zhèn)是中國照明燈具行業(yè)的佼佼者，古鎮(zhèn)的街道，民房，無一不是傾心于LED行業(yè)，形成了良好的競爭環(huán)境，但同時(shí)也造成了一些不好的現(xiàn)象，這使得LED市場混亂，各種燈具層出不窮，使得供應(yīng)商之間的惡性比價(jià)以及產(chǎn)品質(zhì)量不能保證。談到燈具的零部件，多數(shù)燈具都會(huì)裝配有支架，彈片

15、，固定片，彈簧，螺絲，等等，裝配過程中還會(huì)用到膠水、導(dǎo)熱膏、墊片等輔料。裝配燈具時(shí)需要的工具也不少，常用的有扳手，螺絲刀，刀片，剪刀，還需用到打釘機(jī)，回流焊，貼片機(jī)，移印臺(tái)等大型機(jī)器。常見的LED燈具成品如下圖所示。 圖1-3 軌道射燈 圖1-4 天花燈 圖1-5 球泡燈 圖1-6 筒燈 圖1-7 泛光燈 圖1-8 路燈 從公國海關(guān)官方網(wǎng)站提取到的數(shù)據(jù)顯示本年度我國已經(jīng)出口的照明產(chǎn)品數(shù)量如下 圖1-9 我國2014年第一季度照明燈具出口量 外銷的照明產(chǎn)品中，相當(dāng)一部分是LED。2014年1月到4月，照明產(chǎn)品外銷金額超過120億元，比去年的統(tǒng)計(jì)數(shù)量增長25% 。由此可見LED國外市場有很大的潛力

16、。經(jīng)濟(jì)的轉(zhuǎn)型，總是伴隨著一些不好的現(xiàn)象，我國LED燈具產(chǎn)業(yè)市場比較混亂；一些小企業(yè)，小作坊，自行購買光源，電源，小批量生產(chǎn)的燈具，在市場上，沒有政府制定的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，造成消費(fèi)者無法識(shí)別，無法分辨燈具的好壞；縱觀我國LED行業(yè)，售后服務(wù)這一板塊還不夠完善。客戶使用產(chǎn)品過程中出現(xiàn)問題尋求幫助較難。目前，俄羅斯，巴西，印度，印尼等國家正在努力尋求照明行業(yè)的節(jié)能減排的轉(zhuǎn)型，對LED燈具的需求量巨大。目前，非洲國家由于太路后，LED產(chǎn)品在當(dāng)?shù)貢簳r(shí)無法打開銷售市場。1.2 LED散熱技術(shù)概述 散熱問題，是LED燈具行業(yè)的瓶頸問題。對于一個(gè)成品燈來講，光源、電源都會(huì)產(chǎn)生熱量，當(dāng)光源、電源產(chǎn)生的熱量無法及時(shí)傳遞

17、出去，就會(huì)導(dǎo)致光源或者電源的溫度過高而燒壞。因此在研究LED的散熱問題時(shí)光源或者驅(qū)動(dòng)的溫度是一個(gè)極其重要的因素。 LED在發(fā)光的同時(shí)，產(chǎn)生熱量，為了使光源、電源不會(huì)因?yàn)闇囟冗^高而燒毀，因此需要把芯片和驅(qū)動(dòng)產(chǎn)生的熱量傳遞出去。本文討論的大功率LED散熱技術(shù)主要是指LED燈具的散熱。首先，LED芯片產(chǎn)生的熱量通過底部兩個(gè)引腳和環(huán)氧樹脂散發(fā)出去，但是光源安裝在散熱器上，導(dǎo)致整個(gè)燈具外殼溫度升高，外殼的溫度與光源的溫度的溫差不能太小，要降低光源的溫度，就要想辦法將外殼燈具外殼上的熱量散發(fā)出去。光源與燈體的接觸是否良好，燈具外殼的形狀、材質(zhì)，散熱器片的方向和疏密程度，散熱片的長度和大小，光源PCB與燈具

18、外殼的接觸面積，散熱膏的導(dǎo)熱系數(shù)，散熱膏的涂抹厚度，也會(huì)對燈體的熱量散發(fā)產(chǎn)生重要的影響。如果客戶要求燈具要有防水功能的，那么對于整個(gè)LED的散熱的技術(shù)要求就會(huì)提高，如果是室內(nèi)照明，不要求防水的話，那么自然風(fēng)可以與光源直接接觸，對于散熱的要求就可以降低很多，另外，組成LED成品燈的每一種零部件，比如，反光罩，螺絲，面蓋，玻璃，以及其他的各種零部件，對與LED的散熱問題都有影響。雖然LED驅(qū)動(dòng)電源在通電后也會(huì)發(fā)熱，但是驅(qū)動(dòng)電源產(chǎn)生的熱量可以通過驅(qū)動(dòng)外殼很快地散發(fā)到空氣中去，因此，驅(qū)動(dòng)的散熱我們在這里不做具體討論。 1.2.1 在燈體和PCB之間用導(dǎo)熱硅脂填充 導(dǎo)熱硅脂是當(dāng)今LED燈具行業(yè)常用的東西

19、，只要是涉及到LED光源的產(chǎn)品，都和導(dǎo)熱硅脂分不開。因?yàn)镻CB和燈體外殼之間接觸得越近，越有利于熱量的傳遞。但是，光源和散熱器之間肯定會(huì)留有空隙的，這就需要在兩者之間均勻地涂抹一層細(xì)薄的導(dǎo)熱硅脂，但是，導(dǎo)熱硅脂不是涂得越多就越好。因?yàn)樯岣嗟纳嵝Чh(yuǎn)遠(yuǎn)比不上金屬外殼的散熱效果，涂抹導(dǎo)熱硅脂的目的只是讓光源與散熱器更好地接觸，讓光源產(chǎn)生的熱量更好地通過散熱器傳導(dǎo)出去。當(dāng)然，散導(dǎo)熱硅脂也有導(dǎo)熱系數(shù)的大小之分，根據(jù)光源的不同功率，可以選用不同的導(dǎo)熱硅脂，每個(gè)公司都有不同的規(guī)定，通常是功率越大的光源，用越好的導(dǎo)熱硅脂。 1.2.2 適當(dāng)?shù)剡x取散熱體 散熱體就是燈具外殼，很多人稱其為散熱器。外殼應(yīng)具有

20、防水、散熱性能優(yōu)越和輕便的特點(diǎn)，其外表還應(yīng)該具有客觀性。眾多金屬中，適合用來做LED散熱器的，就是鋁了。但是，就算同樣是鋁合金做出來的散熱器，也有不同的散熱效果。因?yàn)榭梢栽谥谱麂X合金時(shí)在鋁中加入不同的元素，制出性能等各方面相差很大的鋁合金散熱器?，F(xiàn)在相當(dāng)一部分公司在封裝LED的時(shí)候用的是陶瓷基板，用陶瓷基板來做LED光源的成本跟用鋁基板的成本已經(jīng)基本持平，需要的只是技術(shù)上的突破。預(yù)計(jì)將來可能會(huì)出現(xiàn)陶瓷制作的散熱器，更低碳，更環(huán)保。LED散熱器五花八門，如下圖所示： 圖1-10 各種形式的LED散熱器 散熱器的翹片厚度，翹片疏密程度，散熱器與光源接口的部分的平整程度，散熱器的材料，散熱片的大小，

21、散熱片疏密程度等等因素，都對LED 光源的散熱有一定程度的影響。選取散熱體時(shí)，第一考慮要素是客戶需要買的成品燈的價(jià)格水平，其次才考慮散熱器的材料，形狀。簡單來說，客戶就是上帝 。1.3 課題研究的意義放眼當(dāng)今世界，全地球人都在倡導(dǎo)節(jié)能減排，低碳生活。而被人譽(yù)為第四代救世光源的LED，具有體積小，耗電量小，性價(jià)比高，使用壽命長等優(yōu)點(diǎn)。LED正在取代節(jié)能燈成為人們?nèi)粘＜揖诱彰骱凸舱彰鞯闹饕a(chǎn)品。然而，影響當(dāng)前LED燈具事業(yè)發(fā)展的因素主要是技術(shù)的突破和政府政策的鼓勵(lì)。在技術(shù)方面，光源的散熱方面是一個(gè)瓶頸問題，很多LED燈具企業(yè)在生產(chǎn)LED燈的過程中，驅(qū)動(dòng)爆炸，光源燒壞，光源銀支架被硫化，等問題頻繁

22、出現(xiàn)，這些問題都與LED的散熱性能息息相關(guān)。研究大功率LED 的散熱性能，不僅有利于推動(dòng)整個(gè)LED產(chǎn)業(yè)的社會(huì)必要?jiǎng)趧?dòng)時(shí)間的縮短，盡快取得技術(shù)上的突破，而且對于一個(gè)應(yīng)用物理學(xué)，光電子工程方向的學(xué)生來說，將大功率LED散熱作為為畢業(yè)設(shè)計(jì)來對待，有利于我對本專業(yè)知識(shí)的鞏固，學(xué)以致用。在不久的將來，LED肯定會(huì)向集成化，小型化的方向發(fā)展的時(shí)候，會(huì)遇到更多的散熱方面的問題，研究大功率LED的散熱性能，對于我個(gè)人以后在LED行業(yè)的發(fā)展，大有益處。第2章 影響LED散熱的因素2.1 導(dǎo)熱硅脂的導(dǎo)熱系數(shù)和涂抹厚度對LED散熱的影響實(shí)驗(yàn)分組ABCD燈具名稱90直筒可調(diào)天花燈90直筒天花燈90直筒可調(diào)天花燈90直

23、筒可調(diào)天花燈導(dǎo)熱硅脂類型SC102，導(dǎo)熱系數(shù)1.0SC102，導(dǎo)熱系數(shù)1.0SC200，導(dǎo)熱系數(shù)2.0SC200，導(dǎo)熱系數(shù)2.0導(dǎo)熱硅脂厚度0.5mm1.0mm0.5mm1.0mm環(huán)境溫度26.126.126.126.1 表2-1 用控制變量法研究影響LED散熱性能的因素的實(shí)驗(yàn)分組 用控制變量法研究導(dǎo)熱系數(shù)和導(dǎo)熱膏涂抹厚度對LED散熱的影。控制的兩個(gè)變量：導(dǎo)熱硅脂的導(dǎo)熱系數(shù)和導(dǎo)熱硅脂的涂抹厚度。實(shí)驗(yàn)時(shí)間是2013年11月。如上表所示。在通電的120分鐘時(shí)間內(nèi)，用萬用表測量相應(yīng)燈具的光源溫度，外殼溫度，將的出來的溫度數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)成為如下的折線統(tǒng)計(jì)圖。圖2-1 散熱膏的厚度對LED散熱影響 圖2-2

24、導(dǎo)熱膏的導(dǎo)熱熱系數(shù)對LED散熱的影響 由上圖可以看出，導(dǎo)熱系數(shù)越高，LED的散熱性能越好，涂抹的厚度越薄，LED的散熱效果更好。因此，我們在生產(chǎn)中，對于發(fā)熱比較大的光源要用導(dǎo)熱系數(shù)比較高的導(dǎo)熱硅脂，涂抹散熱膏的時(shí)候要盡量薄一點(diǎn)，這樣有利于光源產(chǎn)生的熱量及時(shí)散發(fā)出去，從而延長光源的使用壽命。2.2 散熱片的大小，疏密程度對LED散熱性能的影響實(shí)驗(yàn)分組ABCD燈具名稱8寸直筒筒燈8寸直筒筒燈8寸直筒筒燈8寸直筒筒燈散熱片大小大大小小疏密程度疏密疏密表2-2 用控制變量法研究散熱片大小和散熱片疏密程度對LED散熱性能的影響的實(shí)驗(yàn)分組情況 本次實(shí)驗(yàn)用的散熱器是我司自行設(shè)計(jì)的孔明帽系列大散熱器，實(shí)驗(yàn)時(shí)間

25、是在2014年3月份。 通電時(shí)間/minDBAC034343434150.449.547.953.1253.652.151.658.7355.856.853.461.6458.457.756.764.9562.759.359.767.5665.663.46270.7768.666.765.872.4871.269.167.174.3973.571.570.676.8通電時(shí)間/minDBAC107573.473.478.21177.375.176.680.91279.876.278.583.71382.278.680.485.41486.882.481.787.51588.185.182.688

26、.12095.390.487.392.43095.191.287.693.56095.891.587.593.212095.591.787.893.4 表2-3 散熱片大小和疏密程度的實(shí)驗(yàn)中各組實(shí)驗(yàn)所測出來的光源溫度隨通電時(shí)間的變化情況統(tǒng)計(jì)圖2-2 散熱片疏密程度和大小與光源溫度的變化關(guān)系的折線統(tǒng)計(jì)圖空氣流通對熱量的散發(fā)有決定性作用。就散熱片的疏密程度來說，密集型散熱片阻礙了散熱片間的空氣流通，因此光源的溫度上升很快。由于散熱器和光源之見涂抹有一層導(dǎo)熱硅脂，光源所產(chǎn)生的熱量不能立刻傳遞給散熱器，因此散熱器的溫度上升較光源慢，溫度上限也遠(yuǎn)比光源溫度低，如果將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)做成散點(diǎn)圖的形式，再將其散點(diǎn)連

27、接起來，更加直觀地反應(yīng)出散熱片的大小和疏密程度對LED散熱的影響。對于大散熱片來說，散熱片表面與空氣的接觸面積較大，使得熱量很快通過空氣的流動(dòng)傳遞出去。 由上圖可以看出，就散熱片大小來說，大型散熱片比小型散熱片的散熱效果效果更好。就散熱片的疏密程度來說，疏型散熱片比密集型散熱片的散熱效果更好。第3章 光源與散熱器的溫度對LED 發(fā)光的影響本人此次畢業(yè)設(shè)計(jì)所用到數(shù)據(jù)全部在廣州市光為照明科技有限公司測量得出。數(shù)據(jù)測量地點(diǎn)為車間老化室以及樣品制作室。測量用到的工具為溫度測試儀，萬用表，及積分球。數(shù)據(jù)測量時(shí)間為2013年10月到2014年5月，前后耗時(shí)半年，由于光為生產(chǎn)品質(zhì)部要對每一款大功率LED成品

28、等進(jìn)行溫度變化測試，因此在測量的時(shí)候本人直接從品質(zhì)部得到大量數(shù)據(jù)。 我們都知道，LED發(fā)光的同時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量的熱量，光也是一種能量，有光就有熱。下面是部分燈具通電一段時(shí)間之后相關(guān)的溫度和電流電壓的數(shù)據(jù)情況。3.1 直筒5寸筒燈數(shù)據(jù)分析舉例 直筒5寸筒燈，用的驅(qū)動(dòng)是的是公司生產(chǎn)的輸出可調(diào)式驅(qū)動(dòng)，我司自制COB光源，孔明帽系列大散熱器，所用導(dǎo)熱硅脂是導(dǎo)熱系數(shù)為2.0的SC系列導(dǎo)熱硅脂。本次的數(shù)據(jù)溫度和功率，電流和電壓四種，對于每一種燈的溫度變化，計(jì)算光源和外殼的溫度差，將一款燈的光源外殼溫度計(jì)算出平均值，將每一種燈的功率和發(fā)光效率計(jì)算出平均值。直通5寸筒燈光源溫度驅(qū)動(dòng)溫度外殼溫度環(huán)境溫度環(huán)境濕度電流

29、電壓功率0262626266500012927.12728650.07692220.616.96855223228.527.528650.07666220.616.91119633929.628.635650.07756220.617.10973644530.229.538650.07766220.61753038650.07742220.617.07885265636.932.440650.07625220.616.8207575837.435.641.2650.07583220.616.728098859.337.836.442.5650.07781220.617

30、.164886961.839.737.841650.07732220.617.0567921064.141.939.740.5650.07711220.617.0104661168.542.241.342650.07658220.616.8935481269.443.542.241650.07769220.617.1384141359.443.242.941650.07582220.616.7258921459.743.243.640650.07521220.616.5913261559.642.543.942650.07492220.616.5273522058.243.64440650.0

31、7485220.616.511913060.441.844.340650.07495220.616.533976059.542.244.341650.07499220.616.54279412058.54144.240650.07488220.616.518528表3-1 5寸直筒筒燈通電后各個(gè)零件的溫度變化及其電流電壓變化情況圖3-2 外殼溫度與LED電流的關(guān)系圖3-1 圖3-3 5寸直筒筒燈通電后各個(gè)零件及環(huán)境的溫 度變化 圖3-4 外殼溫度與LED功率的關(guān)系 直筒5寸筒燈通電后，光源，電源，外殼這三個(gè)零部件，發(fā)光效果達(dá)到穩(wěn)定之后，光源的溫度最高，外殼的溫度次之，最低是驅(qū)動(dòng)的溫度。將外殼溫

32、度與LED電流和功率用散點(diǎn)圖統(tǒng)計(jì)出來如圖3-2所示，雖然在曲線上有所波動(dòng)，但是從總體上看還是功率隨著外殼溫度的上升呈現(xiàn)下降的趨勢。對比功率與溫度和電流與溫度這兩張圖，發(fā)現(xiàn)其實(shí)溫度對功率的影響就可以看做是溫度對電流的影響。因?yàn)樵谡麄€(gè)實(shí)驗(yàn)的過程中使用的驅(qū)動(dòng)電源是恒壓電源，電壓一直保持在220.6V.3.2 樣板1 6寸經(jīng)濟(jì)版玻璃筒燈數(shù)據(jù)分析案例說明：巴西訂單6寸經(jīng)濟(jì)版筒燈，用的是我司自制的18w 單顆COB光源，用的是zaga板，顯色指數(shù)是大于70，允許輸入的電壓幅度為3440V，用伊戈?duì)柟旧a(chǎn)的EMC驅(qū)動(dòng)器，輸入電壓幅度為85265V，恒流驅(qū)動(dòng)的輸出電流為500MA。與光為自制18W燈珠完全匹

33、配。選用此款燈具作為測試分析的主要對象之一的原因是這款燈在我司比較成熟，前后做過10000多個(gè)，標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品在生產(chǎn)過程中出現(xiàn)的異常很少。通電時(shí)間/min光源溫度外殼溫度電流電壓功率034.332.300153.732.20.50135.8217.94582269.733.40.50135.4117.74041370.833.90.50135.3917.73039474.936.30.50135.3317.70033576.437.40.50135.3117.69031677.638.30.50135.317.6853778.939.50.50135.2817.67528880.340.40.501

34、35.2617.66526981.641.40.50135.2417.655241082.842.60.50135.2317.650231183.342.50.50135.2217.645221283.842.60.50135.2117.640211384.342.80.50135.2117.640211484.743.20.50135.217.63521584.843.30.50135.217.63522085.143.70.50135.1917.630193086.844.60.50135.1717.620176087.945.30.50135.1617.6151612087.845.50

35、.50135.1617.61516表3-2 用巴西訂單，6寸經(jīng)濟(jì)版玻璃筒燈做的測試得出的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)圖形圖3-5 6寸經(jīng)濟(jì)版筒燈光源溫度與通電時(shí)間的關(guān)系 由此統(tǒng)計(jì)圖可以看出，電源接通后光源溫度迅速上升至85度左右，并在30分鐘之后達(dá)到最高溫度，之后一直維持在高溫狀態(tài)。圖3-6 6寸經(jīng)濟(jì)版筒燈燈具外殼溫度與通電時(shí)間的關(guān)系圖3-7 6寸經(jīng)濟(jì)版筒燈光源溫度與兩端電壓的變化統(tǒng)計(jì)圖 由上圖可以看出，當(dāng)光源溫度升高的時(shí)候，路端電壓在逐漸下降，經(jīng)過一段時(shí)間后電壓保持穩(wěn)定，初步猜測是溫度升高后降低了光源內(nèi)部的電阻，由于是橫流驅(qū)動(dòng)，因此光源內(nèi)部的電流大小保持不變，路端電壓降低。圖3-8 6寸經(jīng)濟(jì)版筒燈功率與光源溫度

36、的關(guān)系曲線從上述溫度與LED發(fā)光效率的統(tǒng)計(jì)分析圖可以看出（1）在一定的范圍內(nèi)，隨著溫差的升高，LED的發(fā)光效率逐漸降低，最終達(dá)到一個(gè)相對穩(wěn)定的數(shù)值;（2）導(dǎo)熱硅脂的導(dǎo)熱系數(shù)越高，LED的散熱效果越明顯；（3）涂抹散熱膏的厚度比較薄的，比厚度較厚的散熱效果好； 由上統(tǒng)計(jì)圖可以看出，燈具外殼（散熱器）的溫度從環(huán)境溫度一直往上升，但是升高的速度沒有光源的快，外殼溫度在通電30分鐘后上升到45度左右達(dá)到最高溫度，然后一直波動(dòng)保持不變，因?yàn)榇藭r(shí)光源的溫度一直保持不變，外殼與空氣接觸面積很大，光源產(chǎn)生的熱量通過導(dǎo)熱膏傳給外殼，通過外殼把熱量散發(fā)出去，外殼的溫度大約是光源的一半，外殼溫度達(dá)到穩(wěn)定說明光源產(chǎn)生

37、熱量的速度跟外殼的散熱速度達(dá)到平衡狀態(tài)。3.3 樣板2.印度訂單30W工礦燈的分析 2014年4月中旬，印度訂單三色紅綠黃30W工礦燈開始投產(chǎn)，生產(chǎn)期間做了大量的測試，包括溫度，色溫，功率，顯色指數(shù)等等。現(xiàn)在以紅色工礦燈的溫度和電流電壓來分析大功率LED的散熱性能。通電時(shí)間/min光源溫度外殼溫度環(huán)境溫度電流電壓功率057.727.45270.552.826.4159.8529.34270.554.2227.11261.4430.58270.553.7126.855363.8731.91270.554.9227.46465.1932.96270.555.1227.56567.5634.5627

38、0.555.3427.67668.8335.98270.556.3628.18769.5136.92270.556.828.4870.237.65270.556.9528.475971.838.77270.558.1129.0551072.839.67270.558.4929.2451174.540.81270.558.5129.2551276.642.85270.558.6229.311378.944.53270.558.5529.2751480.8546.97270.558.4329.2151582.8448.86270.558.3729.1852089.6652.34270.558.22

39、9.13092.4755.46270.557.8128.9056093.8756.1270.557.9428.97表3-3 30W工礦燈通電后各參數(shù)的變化情況 圖3-9 30W工礦燈通電后溫度，功率的變化情況 由上圖可以看出，光源溫度逐漸升高,LED的功率降低，因此要想辦法降低LED光源的最高溫度，以提高LED內(nèi)部的能量使用率（1）當(dāng)溫度逐漸升高的過程中，LED芯片的發(fā)射波長發(fā)生改變，通常都是發(fā)射波長變長，這樣，熒光粉的激發(fā)波段就變窄了，發(fā)射波長和激發(fā)波長越來越不匹配，導(dǎo)致了LED的發(fā)光效率降低。（2）金屬散熱器與光源接觸的地方，是光源產(chǎn)生的熱量傳遞的主要通道，如果沒有散熱膏的填充，金屬外殼和

40、光源不能夠很好地接觸，往往會(huì)造成光源產(chǎn)生的大量熱量不能夠順利傳遞出去，導(dǎo)致光源溫度過高，當(dāng)在光源和金屬外殼之間均勻地涂抹一層散熱膏時(shí)，光源產(chǎn)生的熱量通過散熱膏傳遞給金屬外殼，加大了金屬外殼跟光源的間接接觸面積，使熱量得到了很好的傳遞。（3）散熱膏的作用，只是用來使光源和金屬外殼更好地接觸，但是，散熱膏的散熱效果沒有金屬外殼的散熱好，如果在光源和金屬外殼之間涂上太多的散熱膏，就會(huì)阻礙光源產(chǎn)生的熱量向外殼傳播，所以說，散熱膏不是涂得越多越好。（4）拿我們車間生產(chǎn)的PAR系列的燈具來說，那些燈體都是在表面噴涂一層油漆的，這樣我們在裝光源時(shí)，沒有去掉燈體上與光源接觸的那部分油漆，這就相當(dāng)于在散熱膏和燈

41、體之間加多了一層導(dǎo)熱能力不好的散熱膏，阻礙了熱量的傳遞。去掉燈體和光源之間的金屬油漆的，比沒有去掉金屬油漆的LED散熱效果明顯優(yōu)越。第4章 案例分析及結(jié)論篇4.1 150W工礦燈的死燈案例 2013年11月，巴西客戶訂單的180W工礦燈，用的是本公司自行設(shè)計(jì)封裝的COB光源，明偉公司提供電源，公司老化時(shí)間規(guī)定為24個(gè)小時(shí)以上，在老化期間，工礦燈完全沒有問題，產(chǎn)品出口到客戶手中，在現(xiàn)場用了將近1個(gè)星期之后，我司接到客戶投訴電話，有4到5個(gè)工礦燈出現(xiàn)死燈現(xiàn)象，于是我司決定將壞死的LED工礦燈召回處理，拆開發(fā)現(xiàn)，光源與散熱器鋁基板之間涂抹的散熱膏厚度太后，由于散熱膏的散熱效果遠(yuǎn)遠(yuǎn)不如金屬外殼好，導(dǎo)致

42、光源產(chǎn)生的熱量無法通過厚厚的散熱膏，傳遞到燈體上散發(fā)出去，所以導(dǎo)致光源燒壞。4.2 180W工礦燈的光源報(bào)廢案例2014年開年初，國內(nèi)客戶訂單的180W工礦燈200多個(gè)，用的光源是我司自制COB光源，電源是明偉公司提供的30V，6A的方案。此批工礦燈在2天的老化時(shí)間全部燒壞，經(jīng)過總結(jié)分析發(fā)現(xiàn)，是由于光源通過的電流過高導(dǎo)致溫度超過制定上限所以全部燒壞。這種低電壓，高電流的方案在行業(yè)界已經(jīng)淘汰，低電壓高電流這種方案對于光源的要求比較高。接下來我們購進(jìn)了一批高電壓，低電流（60V,3A）的驅(qū)動(dòng)器，盡量減小光源所通過的電流，減少光源產(chǎn)生的熱量。4.3 22W的T10光管光源硫化案例2014年5月，國內(nèi)訂單的2000條T10光管在老化過程中發(fā)現(xiàn)光源變黑，燈珠壞死的現(xiàn)象。用的燈珠是藍(lán)箭公司封裝的5630貼片燈珠，色溫是7000K。研究發(fā)現(xiàn)，藍(lán)箭光源壞死的現(xiàn)象屬于硫化現(xiàn)象，是因?yàn)橥饨绲牧蛟剡M(jìn)入到貼片光源與銀支架接觸生成硫化銀的結(jié)果。但是如果用鴻利光電生產(chǎn)的2835系列光源生產(chǎn)T8光管或者是T5光管的時(shí)候就沒有出現(xiàn)過硫化現(xiàn)象或者硫化現(xiàn)象沒有如此嚴(yán)重。歸根到底，是因?yàn)?000K的色溫的光源在LED行業(yè)里頭沒有其他公司生產(chǎn)，高色溫意味著發(fā)光的時(shí)候溫度很高，如果用密封性好的封裝材料，