理论教育 LED灯具散热器的热辐射应用技术优化方案

LED灯具散热器的热辐射应用技术优化方案

时间:2023-06-30 理论教育 版权反馈
【摘要】:目前,LED器件的散热主要是通过热传导和热对流方式来实现,通过使用高导热性材料增强热传导,或通过改变器件外部结构或添加风扇等设备增强对流散热,但这些方式都受环境与应用的限制。因此,增强LED的辐射散热,对提高LED器件的散热能力,增强其发光效率具有十分重要的意义。对于表面温度低于50℃的情况,辐射散热作用微弱,可忽略黑度的影响。2)常见物体表面的发射率由以上分析可知,实际物体表面发射率直接影响表面热辐射热量。

LED灯具散热器的热辐射应用技术优化方案

目前,LED器件的散热主要是通过热传导热对流方式来实现,通过使用高导热性材料增强热传导,或通过改变器件外部结构或添加风扇等设备增强对流散热,但这些方式都受环境与应用的限制。因此,增强LED的辐射散热,对提高LED器件的散热能力,增强其发光效率具有十分重要的意义。

1)LED热辐射原理

根据实际物体热辐射基本原理可知,LED灯具PCB和散热器通过热辐射损失的热量可表示为:

式中 T1——辐射物体的温度;

T2——周围环境的温度(见图8-25,假设PCB和散热器表面温度相等);

ε——辐射表面发射率(也可称为黑度);

Φ——该物体通过辐射散发出去的热量。

图8-25 LED热辐射示意图

由式(8-1)可以看出,物体通过辐射散发的热量与该物体表面的红外发射率、表面积及温度差有关,增大物体表面红外发射率、表面积及物体与环境的温度差,都有利于增大物体的辐射散热量。

一般来说,对于自然对流散热,在表面温度高于50℃的情况下,增加黑度可有效增大辐射散热,提高散热效率。对于强制对流情况,辐射散热作用微弱,可忽略黑度的影响。对于表面温度低于50℃的情况,辐射散热作用微弱,可忽略黑度的影响。

2)常见物体表面的发射率

由以上分析可知,实际物体表面发射率直接影响表面热辐射热量。在其他条件相同的情况下,物体表面发射率越大,通过热辐射损耗的热量越多。表8-9为常见物体表面的发射率。(www.daowen.com)

表8-9 常见物体表面发射率

(续表)

3)强化热辐射的方法

从以上的分析可知,增大物体表面红外发射率和表面积都可以增加物体表面的热辐射量,但物体表面积受灯具结构的限制,往往通过提高物体表面的发射率来强化热辐射。

影响发射率的主要因素有:物质的材料;表面特性,包括表面质量(光亮、粗糙、氧化、喷砂)和几何形状(平面、凹面、凸面)。

提高物体表面的发射率可以从以下几个方面来考虑:

(1)阳极氧化

以铝或铝合金制品为阳极置于电解质溶液中,利用电解作用,使其表面形成氧化铝薄膜的过程。金属氧化薄膜改变了表面状态和性能,如表面着色、提高耐腐蚀、增强耐磨性及硬度、保护金属表面等。一般铝氧化表面为黑色,发射率是抛光面的5倍。

(2)静电喷涂烤漆

油漆的发射率较大,但热导率很小,所以利用油漆提高表面发射率时要注意控制油漆的厚度[107]

(3)辐射散热涂料

目前,常用的辐射散热涂料主要使用碳化硅、氧化锆、氧化铁、氧化铬、氧化锰、二氧化硅、纳米碳黑等[108]。在考虑材料的发射率时,同时要兼顾导热性能的提高,因此SiC和碳类材料作为主流的辐射散热涂料。比较成熟的辐射散热涂料有中国台湾乐士股份有限公司开发的SiC散热涂料,喷涂在铝合金表面,发射率约为0.9。北京志盛威华开发的ZS-411型辐射散热涂料,发射率约为0.90。

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