一、引论

　　散热问题被认为是LED照明灯中的一大技术难题，是LED灯光衰的根源。散热成本也占了LED灯成本相当部分，散热成了LED照明灯普及发展道路上的拦路虎。

　　散热属于传热中的一部分。人类对传热的研究已有上百年的历史，上世纪60～70年代是人们对传热研究的顶峰时期，其主要动力是人类开发航空航天的需求。那时候传热技术领域聚集了许多优秀人才，有不少传热研究人员成为知名人士，之后人们对传热研究热情逐渐减小，目前传热学及技术的专业人员非常少。传热学及技术现已非常成熟，就像成熟的果子掉到地上被树叶遮盖，很难被人们看见，以致当电子行业，主要是计算机中的CPU发热量突然大增时，人们没有去拨开地面上的树叶，捡起那些熟透的果子，将人类成熟的传热知识应用到电子行业内，而是另起炉灶，创造出不少新名词：“主动散热”、“被动散热”、“热沉”等听起来不知是什么意思，英文“Sink”在传热学及技术中也是非常罕见的名词。

　　针对LED灯散热，当前业内缺乏对整个传热流程中的每个传热过程清晰的研究结果。从LED结点到空气与散热片表面的对流（自然）传热，每个过程中的传热温差（即热阻）所占比例，哪个过程的温差最大，以及影响每个传热过程的因素。如何降低其热阻的技术方向更重要，尤其是热阻最大的传热过程。使有了这些研究结果，还必须被结构工程师熟知，因为传热最终要通过结构来实现。

　　从传热学和技术来谈，LED散热并不复杂，只涉及到传热学中非常小的部分?导热传热和对流传热（主要是空气自然对流传热），其中导热传热可利用现成的传热计算机软件，得到非常准确的解，比如分析LED封装芯片内的温度分布（传热过程）；分析从LED芯片到散热肋片的内部温度分布。但是应特别注意，对于对流传热，凡涉及到空气流动，必须通过大量的实验研究。用计算机软件计算，只有学术上的意义，没有实际工程意义，因为误差太大，目前还有不少公司热衷推销此类软件。

　　导致LED散热问题被复杂化的原因有：知识断层，拥有成熟的传热知识的人员参与到LED散热研究的甚少；缺乏专业的LED散热研究机构，给行业内明确正确的指导思想；研讨会非常之多，但学术气氛少，商业味较浓。目前行业内的专业散热技术人员，许多是从计算机散热方面转过来的，自然地将那方面常用的技术以及商业行为带过来。比如，热管技术被大量应用到大功率LED照明灯（比如路灯）中，给那些原来为计算机芯片散热器服务的热管厂商创造了新的商机，甚至还有提出采用回流式热管。如果说LED灯散热采用一般热管像杀鸡用了杀猪刀，那么采用回流式热管就像杀鸡举起了宰牛刀。台湾有一家公司发明的液态沉浸散热技术，这种缺乏基本对流传热知识的发明，竟还获得国际发明展金奖。国内也有类似的企业，并有一定的知名度，开发LED液冷散热技术，称已申请有30多项专利。这些受汽车水箱启发的发明者，并不清楚汽车发动机采用水（液）冷技术的原因，水在散热过程所起的作用。

　　自然对流散热，无机械运动，可靠性高，成本低，自然为LED灯首选。本文将阐述自然对流散热原理，最大散热量以及优化设计的理念；论述LED灯散热片的最佳应用结构?太阳花式散热片，提出采用对流罩，利用烟囱效应强化提高散热热量。经大量的实验及分析研究得到优化和强化，可实现每瓦散热用铝不到4克，散热成本显著降低，以后将不用考虑散热成本。

　　二、自然对流散热原理及优化

　　散热过程最终是热量传到空气中，由空气流动（对流）将热量带走，散热片的辐射传热所占的分量非常低，因而不予考虑。空气流动带走的热量（即散热量）Q：

　　Q=C_p·M·(T₂-T₁)

　　C_p——空气的比热，为定值

　　M——空气流量

　　(T2-T1)——散热片出口处空气温度T₂与进口处空气温度T₁的温差，出口处空气温度T₂最高不超过散热片的壁面温度T_w，即（T₂-T₁）有最大可能的数值。

　　从公式（1）可以分析得出，最有效提高散热量的方向是提高空气流量。

　　自然对流传热过程中，驱动空气流动的动力是空气受热温度升高，比重下降而产生的浮力F：

　　（2）

　　g——重力加速度

　　ρ——空气密度

　　V——散热器的体积

　　T_O——环境大气温度

　　T_a——散热器内的空气温度

　　空气流经散热片，散热片产生的阻力ƒ：

　　（3）

　　S——空气流经的表面积，即散热片的散热面积

　　α——流动阻力系数，与散热片的结构，空气流动形式密切相关

　　u——空气在散热片内的流动速度，流速u越高空气流量 也就越大。

　　散热片的散热量Q还应满足以下公式：

　　（4）

　　H——对流传热系数

　　　（T_w-T_a）——散热片壁面温度T_w与散热片内的空气温度T_a的差值，散热片的温度T_w受LED芯片结点温度的限制。

　　以上四个公式约束着自然对流散热过程，浮力F应等于流动阻力ƒ再加空气动量增加（ ）。降低流动阻力ƒ，意味着空气流速u₂增加（即流量M增加），以及浮力F要求下降。从公式（1）可以看出，流量M增加，有利于散热量Q的提高，浮力F要求下降，从公式（2）可以分析得出，散热片中的空气温度T_a可降低，又从公式（4）可以看出：有利散热量Q的提高，这说明降低流动阻力，从各方面来讲，都对散热量Q提高有利。

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