led燈設計 led照明設計
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產品知識  Product Knowledge

散熱元件開發

LED照明市場發展迅速,連帶使高功率LED同步迅速發展,每單位功率的LED尺寸逐漸縮小,致使每單位尺寸的發熱量更高,相對也為散熱帶來更嚴峻的挑戰。

散熱元件一直都是相關產業用來衡量LED燈具可靠性所討論的議題,雖然散熱元件早在LED照明應用之前就已廣泛使用。早在個人電腦的中央處理器(CPU)從80386開始就有類似的散熱元件被開發出來,而發展至今,中央處理器的散熱方式已從單純散熱片發展至採用「風扇型」為標準的主動式散熱方式,甚至還有「水冷式」的散熱方式。由於中央處理器的單價高達數千至萬元台幣,為了維持中央處理器運作穩定性,投入幾百至千元台幣的散熱器成本,相對來說仍算合理;若將中央處理器的散熱器成本與LED燈具兩者互相進行比較,恐怕只有高瓦數又高單價的LED路燈或投射燈,才有具備採用主動式散熱器的可能性;相較之下,低單價又低瓦數的室內型燈具,散熱器成本絕不可能超過售價的10%;因此,考量LED燈具的產品定位與銷售價位,無法全面採用風扇型的散熱方式,而散熱元件的規格只能重新設計後生產。

現今LED燈具使用的散熱元件形狀,大多參考過去在個人電腦上所使用過的形狀,不論是中央處理器或顯示卡晶片,都有與LED類似的發熱密度,再加上電腦產業有豐富的使用經驗與發展過程可以參考,更順理成章的依樣畫葫蘆。

目前市面上,在各種散熱器形式中,採用鋁擠型方式來生產是最符合LED燈具需求,主流的型式有「鰭片型(太陽花)散熱器」「片型(刀型)散熱器」

 

片型(刀型)散熱器 鰭片型(太陽花)散熱器

 

這兩種型式的數學模型很相似,差別在於與熱源的接觸面積及長度軸向的不同,這兩個因素造就截然不同的結果,若在考量組裝因素,散熱效益的差距更大。

這兩種型式的散熱器皆會增加燈具的整體重量和成本,且散熱器皆朝上方安置,常面臨落塵堆積問題,長時間使用,過多的灰塵累積在散熱片上,將弱化散熱能力,暴露於空氣中也會有氧化銹蝕的問題;為了解決這些問題,散熱器性能必須比期望的散熱能力再大一些,以及表面需進行陽極處理。

市面上的LED燈具散熱設計容易忽略一些細節,例如忽視熱傳導的均衡性,這種狀況經常發生在組裝不確實所造成的散熱器與光源接觸面積不完全,肇因於夾層間的導熱介質(導熱膏或導熱膠)塗抹不足,導致夾層內有空氣存在,進而減少熱傳導面積,也會導致溫度分佈及傳導不均勻,更可能造成某部分的鰭片面積沒有發揮散熱效果。

良好的LED燈具散熱必須以熱傳學為基礎,要有科學理論及數學模型來做支撐,才經得起時間和環境的考驗,最後再以第三公正單位的檢測報告為依據,這是業者必須嚴格自我規範的重點,這樣才不會辜負消費者的期待,進而阻礙產業的發展。

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