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[摘 要]当前，LED是一种新型的照明光源，其具有环保、节能和寿命长的特性，因此，很受到社会的青睐。热管则因具有结构简单、重量轻、传热性能好等特点，当前已是大功率LED的一种常用散热技术。在市场经济体制的要求下，根据实际需求，优化大功率LED热管散热器的模块化设计十分必要。本文主要研究了大功率LED热管散热器的模块化的设计要点，以期提高大功率LED热管散热器的设计水平，使其更好地为人民和社会服务。
[关键词]大功率 LED 热管散热器 模块化设计
中图分类号：TN041 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）37-0360-01
1.前言
热管散热器的模块化具体指的是改变传统形式中将全部光源以及散热器放置于同一个结构内的设计模式，转变为主要通过热管进行散热，使之与光源实现一体化的组合模式，即一个灯具存在很多模组。通过采用模块化的设计，不同功能的模块在不同的应用场合情况下，实现了灵活式组装。不仅能够提高大功率LED的散热效果，而且在维护时，多数部件可实现循环利用，在降低维修成本的同时，也有效延长了灯具的使用寿命。
2.实现热管散热器实现模块化的基本设计思路
大功率LED热管散热器的模组需包括光源、热管加肋片以及均温板几个组成部分。其中，光源部分主要包括大功率的LED以及PCB的基板，在模块内需使电气完成互连；热管加肋片及其组成部分是整个散热器结构的核心，其主要负责热量的传导，以为整个热管散热器的模块提供稳定的温度状态；均温板作为大功率LED光源的支撑，可将热量均匀传导至散热器的各个模块上。基于这样的设计原理，LED灯具便可实现在保证散热效果的基础上，再根据实际需求优化相关结构的设计，通过灵活的组合式安装结构，给后期大功率LED灯具的检修和维护均提供了方便。在LED中的任何一个模块损坏时，只需更换相应的模块便可，避免了因部分损坏所造成的整体性报废，最终有效减少了资源的浪费，同时，也节省了操作的时间[1]。
3.大功率LED热管散热器模块化的设计方法
由于在设计散热器模块时，需充分考虑到LED光源的散热情况，因此，如何设计热管加肋片及其组成的散热器模块，是实现大功率LED热管散热器模块化重点和难点[2]。大功率LED热管散热器的模块主要考察的是模块的散热性，即为大功率LED提供稳定工作温度。其中，在设计散热时，应做好如下设计：
（1）设计基本形貌：本研究采用的热管散热器与单颗的大小为1W的大功率LED相对应，基本形貌设定的参数分别为：热管蒸发段长度为30mm，宽度为30mm；热管绝热段长度为15mm，直径为10mm；基板长度为30mm，宽度为30mm，厚度为1.65mm；热管壳体材料导热系数为379（W/m·K）；热管冷凝段长度为30mm，直径为10mm，壁厚为1.2mm；肋片沿水平方向宽度为30mm；肋片沿重力方向长度为30mm；肋片厚度为0.5mm，间距为6.5mm，肋片材料导热系数为155（W/m·K）。以上是单颗大功率LED的散热量在1W时的设计数据，在实际设计过程中，应该根据LED器件的实际安装个数进行设计。比如，在安装个数增多的情况下，灯具散热量则会成倍增长，蒸发段以及冷凝段长度则需成倍延长，绝热段长度则应为肋片竖直方向长度的1/2。
（2）优化散热器模块的散热性能主要包括以下几个方面：一是优化LED的耗散功率：以LED安装的个数为6-11个为例，首先对热管传热量产生最大限制的毛细限参数在不同环境温度下的变化情况进行分析，由于最低毛细极限所对应的环境温度是0℃，因此，通过比较在最低毛细极限情况下不同耗散功率的散热量情况，确定出本研究的热管散热器可安装的最大LED数为9个；二是优化肋片长度以及肋片的间距：本设计在9W耗散功率的条件下进行，当肋片长度≥28mm 时，同时满足适宜的肋片间距，便可实现散热的需求[3-4]。由于芯片结温的程度越低，散热效果会越好，因此，对本次设计而言，最佳肋片长度可选择为28mm，最适宜肋片间距为6.5mm。三是优化肋片厚度：本设计在9W耗散功率的条件下进行，肋片厚度在不斷增加的情况下，全部肋片厚度条件下的最低毛细极限均符合9W耗散功率的要求。同时，肋片厚度的不断增加，也使得最高芯片结温表现出先减小再增大的趋势。由于结温越低，散热效果越优良，因此，最终确定最佳选择肋片厚度是0.3mm。
（3）优化了基本参数之后，耗散功率9W的LED灯具具备优良的散热性，且芯片结温可有效控制在38.0～76.0℃的范围内，符合设计指标。
4.结束语
综上所述，随着人民生活质量的提高，对大功率LED热管散热器的应用量也随之增加，在提倡节约和环保的时代背景下，科学分析大功率LED热管散热器的设计弊端，实现模块化的设计需求是当今社会的必然要求。对大功率的LED热管散热器进行的模块化设计，其设计思想在前期安装、实际应用以及后期维护等各个阶段均实现了便捷性和科学性，具有进一步应用和推广的价值。随着科技的不断进步，大功率LED热管散热器的模块化将成为一个必然发展趋势。
参考文献
[1]王强，王宏，廖强，朱恂，丁玉栋等.大功率集成LED热管散热器的传热性能[J].热科学与技术，2012，11（04）：313.
[2]鲁祥友，华泽钊，王晏平，仲勇，林媛等.一种回路热管对大功率LED散热的研究[J].光电子.激光，2012，23（09）：1677.
[3]冯志伟，张红，许辉.大功率LED排式热管散热器的开发及性能研究[J].半导体光电，2012，01（02）：226.
[4]贾月，唐大伟.一种热管散热器对大功率LED散热效果的研究[J].中国科学院研究生院学报，2012，29（01）：28.
[关键词]大功率 LED 热管散热器 模块化设计
中图分类号：TN041 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）37-0360-01
1.前言
热管散热器的模块化具体指的是改变传统形式中将全部光源以及散热器放置于同一个结构内的设计模式，转变为主要通过热管进行散热，使之与光源实现一体化的组合模式，即一个灯具存在很多模组。通过采用模块化的设计，不同功能的模块在不同的应用场合情况下，实现了灵活式组装。不仅能够提高大功率LED的散热效果，而且在维护时，多数部件可实现循环利用，在降低维修成本的同时，也有效延长了灯具的使用寿命。
2.实现热管散热器实现模块化的基本设计思路
大功率LED热管散热器的模组需包括光源、热管加肋片以及均温板几个组成部分。其中，光源部分主要包括大功率的LED以及PCB的基板，在模块内需使电气完成互连；热管加肋片及其组成部分是整个散热器结构的核心，其主要负责热量的传导，以为整个热管散热器的模块提供稳定的温度状态；均温板作为大功率LED光源的支撑，可将热量均匀传导至散热器的各个模块上。基于这样的设计原理，LED灯具便可实现在保证散热效果的基础上，再根据实际需求优化相关结构的设计，通过灵活的组合式安装结构，给后期大功率LED灯具的检修和维护均提供了方便。在LED中的任何一个模块损坏时，只需更换相应的模块便可，避免了因部分损坏所造成的整体性报废，最终有效减少了资源的浪费，同时，也节省了操作的时间[1]。
3.大功率LED热管散热器模块化的设计方法
由于在设计散热器模块时，需充分考虑到LED光源的散热情况，因此，如何设计热管加肋片及其组成的散热器模块，是实现大功率LED热管散热器模块化重点和难点[2]。大功率LED热管散热器的模块主要考察的是模块的散热性，即为大功率LED提供稳定工作温度。其中，在设计散热时，应做好如下设计：
（1）设计基本形貌：本研究采用的热管散热器与单颗的大小为1W的大功率LED相对应，基本形貌设定的参数分别为：热管蒸发段长度为30mm，宽度为30mm；热管绝热段长度为15mm，直径为10mm；基板长度为30mm，宽度为30mm，厚度为1.65mm；热管壳体材料导热系数为379（W/m·K）；热管冷凝段长度为30mm，直径为10mm，壁厚为1.2mm；肋片沿水平方向宽度为30mm；肋片沿重力方向长度为30mm；肋片厚度为0.5mm，间距为6.5mm，肋片材料导热系数为155（W/m·K）。以上是单颗大功率LED的散热量在1W时的设计数据，在实际设计过程中，应该根据LED器件的实际安装个数进行设计。比如，在安装个数增多的情况下，灯具散热量则会成倍增长，蒸发段以及冷凝段长度则需成倍延长，绝热段长度则应为肋片竖直方向长度的1/2。
（2）优化散热器模块的散热性能主要包括以下几个方面：一是优化LED的耗散功率：以LED安装的个数为6-11个为例，首先对热管传热量产生最大限制的毛细限参数在不同环境温度下的变化情况进行分析，由于最低毛细极限所对应的环境温度是0℃，因此，通过比较在最低毛细极限情况下不同耗散功率的散热量情况，确定出本研究的热管散热器可安装的最大LED数为9个；二是优化肋片长度以及肋片的间距：本设计在9W耗散功率的条件下进行，当肋片长度≥28mm 时，同时满足适宜的肋片间距，便可实现散热的需求[3-4]。由于芯片结温的程度越低，散热效果会越好，因此，对本次设计而言，最佳肋片长度可选择为28mm，最适宜肋片间距为6.5mm。三是优化肋片厚度：本设计在9W耗散功率的条件下进行，肋片厚度在不斷增加的情况下，全部肋片厚度条件下的最低毛细极限均符合9W耗散功率的要求。同时，肋片厚度的不断增加，也使得最高芯片结温表现出先减小再增大的趋势。由于结温越低，散热效果越优良，因此，最终确定最佳选择肋片厚度是0.3mm。
（3）优化了基本参数之后，耗散功率9W的LED灯具具备优良的散热性，且芯片结温可有效控制在38.0～76.0℃的范围内，符合设计指标。
4.结束语
综上所述，随着人民生活质量的提高，对大功率LED热管散热器的应用量也随之增加，在提倡节约和环保的时代背景下，科学分析大功率LED热管散热器的设计弊端，实现模块化的设计需求是当今社会的必然要求。对大功率的LED热管散热器进行的模块化设计，其设计思想在前期安装、实际应用以及后期维护等各个阶段均实现了便捷性和科学性，具有进一步应用和推广的价值。随着科技的不断进步，大功率LED热管散热器的模块化将成为一个必然发展趋势。
参考文献
[1]王强，王宏，廖强，朱恂，丁玉栋等.大功率集成LED热管散热器的传热性能[J].热科学与技术，2012，11（04）：313.
[2]鲁祥友，华泽钊，王晏平，仲勇，林媛等.一种回路热管对大功率LED散热的研究[J].光电子.激光，2012，23（09）：1677.
[3]冯志伟，张红，许辉.大功率LED排式热管散热器的开发及性能研究[J].半导体光电，2012，01（02）：226.
[4]贾月，唐大伟.一种热管散热器对大功率LED散热效果的研究[J].中国科学院研究生院学报，2012，29（01）：28.