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户外照明设计师在进行户外LED灯具设计时候必须考虑的几个因素

时间:2011-03-01


户外照明设计师在进行户外 LED 灯具设计时候必须考虑的几个因素
一、户外照明设计师必须考虑的户外 LED 灯具的工作环境

LED 户外照明灯具由于工作环境比较复杂,受温度、紫外线、湿度、下雨天雨水、沙尘、化 学气体等自然条件的影响,时间一长,就会到致 LED 光衰严重的问题。所以综合考虑,户外 照明设计师在设计的时候应考虑这些外部环境因素的对 LED 户外照明灯具的影响。

二、户外 LED 灯具在散热材料选择方面应该注意的事项

外壳和散热器设计为一体, 用来解决 LED 的发热问题, 这种方式较好, 一般选用铝或铝合金, 铜材或铜合金, 以及导热良好的其它合金。 散热有空气对流散热、 强风冷却散热和热管散热, (喷气致冷散热也是类似热管散热的一种,但结构更复杂一些。)

选择什么样的散热方式,对灯具的成本有直接影响,应综合考虑,与设计产品配套选出最佳 方案。

灯罩的设计选材也是至关重要,目前使用的有透明有机玻璃,PC 材料等,传统的灯罩是透 明玻璃制品,究竟选什么样材料的灯罩跟设计的产品档次定位无关,一般来说,室外灯具的 灯罩最好是传统的玻璃制品,它是制造长寿命,高档灯具的最佳选择。采用透明塑料、有机 玻璃等材料做的灯罩,做室内灯具的灯罩较好,用于室外则寿命有限,因为室外阳光、紫外 线、沙尘、化学气体、昼夜温差变化等因素使灯罩老化寿命减短。其次是污染了不易清洁干 净,使灯罩透明度降低影响光线输出。

三、户外 LED 芯片的封装技术

目前国内生产的 LED 灯具(主要是路灯)大都是采用 1W 的 LED 多个串、并联进行组装,这种 方法热阻较先进封装技术的产品高,不容易造出高品质的灯具。或者是采用 30W、50W 甚至 更大的模组进行组装,以达到所需要的功率,这些 LED 的封装材料有用环氧树脂封装,有用 硅胶封装的。二者的区别是:环氧树脂封装耐温较差,时间久了易老化。硅胶封装则耐温较 好,使用时应注意选择。

笔者的看法是: 采用多芯片与散热器整体封装比较好, 或采用铝基板多芯片封装再通过相变 材料或散热硅脂与散热器相联接, 做出的产品热阻比用 LED 器件组装的产品的热阻要少一至 二道热阻,更利于散热。采用 LED 模组的灯具,模组基板一般为铜基板,它与外散热器的联 接要使用好的相变材料,或好的散热硅脂,保证铜基板上的热量能及时传到外散热器上去,

如处理不好则易使热量堆积造成模组芯片温度升得太高, 影响 LED 芯片正常工作。 笔者认为: 多芯片封装适合制造普通照明灯具,模组封装适合空间有限的场合制造紧凑型 LED 灯具(如 汽车主照明的头灯等)。

四、在户外 LED 灯具散热器设计方面的研究

散热器是 LED 灯具很关键的一个部件,它的形状、体积、散热表面积都要设计得恰到好处, 散热器太小,LED 灯工作温度太高,影响发光效率和寿命,散热器太大,则消耗材料多增加 产品成本和重量,使产品竟争力下降。设计合适的 LED 灯散热器至关重要。散热器的设计有 以下几个部分:

1.明确 LED 灯需要散热的功率。

2.设计散热器用的一些参数:金属的比热,金属的导热系数,芯片热阻、散热器热阻、周围 环境空气热阻等。

3.确定采用散热的类型, (自然对流散热、 强风冷却、 热管散热, 以及其它的散热散热方式。 ) 从造价比较:自然对流散热造价最低,强风冷却中等,热管散热造价较高,喷气致冷造价最 高。

4.确定 LED 灯具许可的最高工作温度(环境温度加灯具许可温升),

5.计算散热器的体积、散热面积。并确定散热器的形状。

6.将散热器与 LED 灯组合成完整灯具,并通电工作八小时以上,在室温 39℃—40℃的环境 下检查灯具的温度,看是否满足散热要求,以检验计算是否正确,如不满足使用条件,则要 重新计算和调整参数。

7.散热器与灯罩的必须要做到防水、 防尘, 灯罩与散热器之间要垫抗老化的橡皮垫或硅橡胶 垫,用不锈钢螺栓紧固,做到必须防水、防尘。

通过以上四点注意事项, 再参照我国颁布的最新室外照明灯具技术规范, 以及城市道路照明 设计标准,这是户外照明设计师在必备的最基本知识。


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