MR16型LED灯具散热器对灯珠温升的影响
摘要：散热器是MR16型LED灯具的重要组成部分，其散热效率直接影响灯具发光质量和寿命。
本文通过热学分析软件模拟分析了散热器参数与灯珠温升的关系，并进行实测比对和参数优化。
结果表明，散热器的底板厚度、翅片厚度、翅片高度三个参数存在一个最佳尺寸，分别为2.8mm、1.2mm和6.9mm，优化后可使灯珠温度降低3.851℃。
毕业论文网 关键词：LED灯具；散热器；icepak软件；温升 中图分类号：TU832文献标示码：A文章编号 中图分类号：TN203 文献标识码：A Effects of Radiator Parameters of MR16 Lamps on LED Temperature rise CHEN Tang—rong，ZHAO Yin—chun，DAI Wen—hai，ZHUANG Qi—ren （College of Information Science and Engineering, Huaqiao University. xiamen,Fujian,361021,China） Abstract:Radiator is the most important component of MR16 LED Lamps, and its efficiency has a direct influence on the lamps’ luminescence quality and life. By means of icepak software, the relations between radiator parameters and temperature rise are simulated and analyzed in this paper, meanwhile, through experiments conducting the method of actual observation and parameter optimization. The results of experiments show that the three parameters of radiator floor thickness, fin thickness, and fin height have the Optimum dimensions, they are 2.8mm, 1.2mm, and 6.9mm, after doing parameter optimization, it will make the lamps temperature decrease 3.851℃. Keywords:LED Lamps; Radiator; icepak software; Temperature Rise 0 引言 由于LED照明具有节能、环保、绿色等优点，使得LED照明灯具倍受市场关注。
对于MR16型LED灯具，由于光功率密度大，温升问题更为突出。
灯具内部温度太高会降低白光LED的发光效率、改变光谱特性、缩短使用寿命，加剧光衰[1—3]，因此对大功率LED灯具热设计是必不可少的环节。
LED灯具热设计主要从两方面考虑：一个是从LED封装设计上提高发光效率，降低LED产生的热量。
另外一个是通过对灯具结构的设计使得光源产生的热量能更好地通过散热器扩散到空气中[4]。
本文主要从第二个方面即对灯具结构的设计出发，分析MR16型LED灯具的温升特性。
LED芯片所产生的热，首先经过焊料到铝基板的PCB，再通过导热材料（导热膏，导热垫片等）才到散热器，所以LED灯具的散热实际上包括导热和散热两个部分。
通过icepak热分析软件对灯具散热器进行热分析，同时对整灯进行温度实测，以此优化灯具散热器结构。
1MR16型LED灯具结构模型 MR16灯的三维模型结构如图1所示。
灯具散热器采用的是压铸工艺，灯具直径为50mm，采用4颗cree光源，整灯功率为6W。
驱动效率为80%，在软件模拟时赋予光源4.8W，驱动1.2W功耗。
环境温度设为25℃。
采用自然对流和辐射冷却方式，由于该冷却方式最易实现，费用最低，不需要其他冷却设备及费用，满足灯具使用的环境。
设置好参数后进行网格画分，由于散热器翅片曲率较大，不是标准的正方体，网格画分时选择icepak里多面体HD网格来进行画分。
在PROE导入模型时对一些倒角，螺丝等部件进行简化。
位置(由GPS确定)，S1为航向，S3指向天顶，S2 与S1 和S3形成右手直角坐标系。
图1：MR16三维模型图 表1：热模拟软件所设参数值 3结果与分析 为验证仿真模型的正确性，首先采用20线温升测试仪对灯具进行温升实测（图2）。
软件模拟通过调整网格[5]使模拟温度与实际温度接近，保证模拟结果的准确性。
模拟结果如图3所示。
图2：用温升测试仪对MR16灯具进行温度取点实测图 图3：icepak软件模拟结果 仿真实验主要从底板厚度、翅片厚度、翅片高度三个参数对散热器进行模拟，采用正交逐级分析法进行分析。
每次只改变其中的一个参数，另外两个参数保持不变，模拟结果见表2、表3、表4和图4、图5、图6。
表2：改变底板厚度时灯珠温度变化 表3：改变翅片间距时灯珠温度变化 表4：改变翅片高度时灯珠温度变化 图4：不同底板厚度对温度的影响曲线 图5：不同翅片间距对温度的影响曲线 图6：不同翅片高度对温度的影响曲线 从表2和图4可以看出当底板厚度为2.8mm时,灯具温度较低为80.771℃.同时从温度的变化曲线斜率可以发现底板厚度对温度变化幅度不大。
随着底板厚度的增加，温度下降在小范围内，这是由于底板厚度的增大，即增大了与散热器翅片底部的接触面积，使光源传到散热器底板的热量在横向传导上更加的顺畅。
当底板厚度继续增加到3.4mm以上时，温度反弹幅度增大，由于底板厚度增大到一定值时（超过与翅片底部的最佳比例），聚积在底板的热量不能及时的通过散热器传出，反而使光源的温度上升。
从表3、表4和图5、图6可以看出翅片间距，高度对灯具的散热影响很大，翅片间距过密，过高虽然加大了散热面积，同时也阻碍了空气对流。
不但没有达到降温的效果，反而增加了散热器的重量，增加了成本。
通过以上模拟结果的分析，可知底板厚度、翅片厚度、翅片高度的最佳尺寸分别为2.8mm、1.2mm、6.9mm，采用此参数模拟后的光源灯珠温度为76.847℃，相比之前的80.996℃下降了3.851℃。
达到比较理想的优化效果。
3结论 对市场主流MR16型LED灯具进行光源灯珠温度实测与软件模拟优化，通过热学分析软件模拟分析了散热器参数对灯珠温升的影响。
结果表明，散热器的底板厚度、翅片厚度、翅片高度三个参数存在一个最佳尺寸，分别为2.8mm、1.2mm和6.9mm，采用此优化的参数，模拟结果说明可使灯珠温度降低3.851℃。
降低LED灯珠的温升可延长灯具的寿命，减小光衰，对提高灯具的质量至关重要。
参考文献： [1] 林梅琼，陈建荣，刘荣祁等. GaN基白光LED温度特性实验研究[J]. 半导体光电. 2009, 30（6）：848—852. [2] 张楼英，周丽，张家雨等.大功率LED的光衰机制研究[J]. 半导体技术，2009，34（5）：474—477. [3] 吴海彬，王昌铃.白光LED封闭材料对其光衰影响的实验研究[J]. 光学学报，2005，25（8）：1091—1094. [4] 何国安，纪翠娟，孙志坚. 环境温度及风速对LED照明产品散热的影响分析[J]. 中国照明电器，2011，03：13—16. [5] 刘福来，杜瑞燕. 求解温度场的非线性有限元方法[J].河北师范大学学报，2005，29（1）：21—24. 注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。