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LED 灯具的热传导计算模型 刘必成 深圳市海洋王投资发展有限公司 摘要 本文对灯具的热传导计算方法进行了讨论，提出对于灯具的散热计算方法使用等效电 路的热阻法计算，可以直接算出灯具内温度关注点与环境温度的温差。有利于判断导热结构 是否可行。文中还用一个 LED 灯具散热计算实例说明了这种计算过程。 关键词：灯具、热传导、热阻、LED Abstract This paper includes the discussion about the calculation methods of the lighting’s heat transfer. Also the usage of the calculation method of heat resistances in equivalent electrical circuits, by which the difference between the temperature of the attention point inside the lighting and environment temperature can be directly obtained. Such a method is advanced on estimating the feasibility of a heat transfer ’s structure. The calculation process has been demonstrated by an example of cooling of an LED lighting in this paper. Key word: lighting, heat transfer, heat resistance, LED Luxeon 大功率 LED 在散热性能方面大大地优于普通的小功率 LED ，电通道和热通道 分离开，它的 LED 芯片都连接在一个金属的嵌片上，散热性能得到很大的改善。 但是，大功率 LED 用于特种灯具，或用于恶劣环境使用的灯具，这些灯具的外壳防护 等级一般都在 IP65 以上，如果外壳为非金属（如塑胶）材料，尽管 LED 连接上了铝基板 （MCPCB ），但铝基板上的热量如果不能被有效地传导至外壳表面，则聚集的热量会使铝基 板的温度急剧上升，导致温度过高，增加了 LED 失效的可能性，造成 LED 光衰加剧，寿命 缩短。 理论上计算灯具散热的情况，灯具的导热理论有许多困难，主要的困难是传导和对流 同时对热传导起着作用，而对流是在密闭空腔内的对流，边界条件十分复杂；传导也是要通 过多层导热物质、多层界面，截面积通常又是不等的，导致热流线分布的情况很难在计算之 前就能通过分析得到。 由于灯具是在开启后逐渐升温，最后达到热稳定状态，也就是说，热稳定状态时各点 的温度最高，所以灯具的散热计算一般只考虑稳态的情况，瞬态的温度分布情况并不重要。 对于稳态含热源在各向同性的单一介质中的导热服从Poisson方程[1] ： 2 ∂2 ∂2 ∂ T T T q + + + 0 ∂x 2 ∂y 2 ∂z 2 k 式中k 为介质的导热系数，q 为热源的发热功率。 由于灯具的结构是多种介质，所以在实际计算中，必须对每一种介质逐一求解上式， 计算灯具内的温度场分布是十分困难，而且是没有必要的。实际上，我们所关心的是某些部 位的温度是否在可以容忍的温度范围之内，只要计算出这些部位在达到热稳定时的温度即 可。 本文对效等电路的热阻算法进行了探讨，热阻算法的好处是无需知道确切的环境温 度，也不必求解灯具内的温度场，直接计算灯具内关注点的温升，困难是热流线的分布必须 通过分析而不是计算得到，而这一过程往往又是很复杂的。 下面以一个实例的计算来说明等效电路的热阻算法。 灯具要求的基本结构如下图，LED 处于密闭的塑胶外壳内，右侧的绝热层较厚，比较 起其他部分