中小功率LED新型散热之垂直模式

文章来源:恒光电器

发布时间:2013-12-27

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与传统光源相比，LED固体光源具有效率高、光色纯、能耗低、寿命长，可靠耐用、应用灵活、无污染等优点，目前已被广泛应用于道路照明、家居照明、汽车照明、景观照明等领域。然而良好的散热特性是LED优异性能和稳定可靠的根本保证。温度对LED性能产生重要的影响，包括色温改变、波长红移、效率下降、正向压降等等，因此，热管理对LED的性能、光转换效率以及应用产生重要的影响。本文主要研究新型垂直散热模式LED在光电热特性方面的潜在优点。与传统水平散热模式LED相比，垂直散热结构LED具有亮度高、散热快、光衰小、成本低、稳定可靠的特点，是目前中小功率LED中应用照明光源的发展趋势。

　　垂直与水平散热模式结构对比

　　在本文两种不同散热模式LED特性分析中，新型垂直散热模式LED选用目前市场及应用热门的3014led为例，传统水平散热模式则选用常用的3528LED为例，以做对比分析。　　

     图1和图2分别为垂直散热与水平散热LED的结构示意图，图3所示为两种LED的散热方式示意图。

图1.垂直散热模式结构示意图

　图2.水平散热模式结构示意图

　图3.水平与垂直散热方式示意图

　　从图1、图2的结构图中可以看出，3528LED在结构是通过銲接两端电极的焊脚进行散热，散热方式为水平散热。3014LED在结构上是通过底板散热通道进行散热，散热方式主要为垂直散热。图3更清楚的表达了两种不同结构LED 的散热模式。

　　led灯珠的热学特性模拟

　　为了更好的研究对比分析不同散热结构LED的散热情况，我们使用了ANASYS有限元分析模拟软件进行建模及热学模拟分析。

　　为了能更方便的计算LED的热阻，首先设置底板温度参数为60℃，芯片功率为0.06W，固晶胶KER-3200-TI厚度为0.01mm，驱动电流为20mA进行热分析，水平散热结构 LED及垂直散热结构LED的热分布分别如图4、图5所示。

图4.水平散热结构LED热模拟温度分布图

图5.垂直散热结构LED热模拟温度分布图

表1.散热模拟温度数据

　　由图4、图5及表1可以看出，当同时控制基底温度为60℃和LED工作电流为20mA时，虽然垂直散热模式LED的芯片温度要略高，这是因为所选用的3014LED模型的体积及散热面积均远小于3528 LED，热量过于集中所造成。但垂直散热模式的温差较小，其热阻117 mm2℃/W也远低于传统水平散热156 mm2℃/W，均表明垂直散热模式的散热效率优于水平散热模式。

　　为了更接近散热的客观事实情况，对LED热特性进行第二次模拟分析。此次模拟在模型中加入相同尺寸的铝板，不限定其温度，只设定驱动电流为20mA，与现实使用情况相符。水平散热LED及垂直散热LED的热分布分别如图6、图7所示。

图6.水平散热结构LED热模拟温度分布图

图7.垂直散热结构LED热模拟温度分布图