解析LED球泡灯需要注意的技术细节[3]

　　四.球泡灯的散热器

　　球泡灯的LED通常焊接在一块铝基板(LED底板)上，这块铝基板再和一片圆形铝散热板固定，然后再把这块铝散热板固定到散热器外壳上去(见图8)。

　　图8.LED底板如何固定到散热器上去

　　图中的铝散热板上可以看出有精加工的痕迹。经过精加工以后LED底板就可以直接固定上去，否则的话，二者之间会有气隙，需要涂覆硅导热胶以改善导热。

　　球泡灯由于体积的限制所以散热是一个大问题。无论是哪种散热器都是只能依靠对流和辐射两种方法来把热量散发到空气中去，而这两种散热的能力都是和它的散热的面积成正比。而球泡灯的散热面积可以如下计算。假定其散热器可以近似为一个截去尖顶的圆锥体。假定大圆锥体的高度为H，直径为D，而截去的小圆锥体的高度为h，直径为d。

　　图9截顶的圆锥体

　　圆锥体的侧面积为πHD/2，所以截去一个尖顶以后的侧面积是πHD/2-πhd/2=π(HD-hd)/2。假定H=8cm，h=3cm，D=5cm，d=3cm，那么这个截顶以后的侧面积就是48.7cm2，可近似为50平方厘米。而因为大多数散热器都开了沟槽，以增加其散热面积，开沟槽以后所增加的散热面积为沟槽深度g乘长度l再乘2，再乘以沟槽数。假定沟槽平均深度为0.3cm，长度为5cm，沟槽数为46个，那么开沟槽以后增加的面积为0.3x5x2x46=138.cm2。总计散热面积为188cm2。根据经验数据，每瓦所需要的散热面积大约在35-60cm2。具体要多大取决于环境温度和允许的升温。因为球泡灯大部分是用在室内，环境温度不是很高，所以可以采用35cm2/W。所以188cm2的散热面积可以散大约5.3W左右。不过这只是极为粗略的估计，可以得到一个数量级的概念而已。真正的散热情况还是要实际测定才可以。

　　日本的技术在线拆解了几种LED球泡灯。并实测了其泡壳温度，结果如下表所示：因为室温是相同的，

　　公司品名 勤上 7.5W 东芝 7.2W 三星 7.1W 真明丽 7W 锦湖 6W 飞利浦 6W 比亚迪 4.8W 三星 4.7W Star Comgistic 4W

　　公司品名勤上 7.5W东芝 7.2W三星 7.1W真明丽 7W锦湖 6W飞利浦 6W比亚迪 4.8W三星 4.7WStar Comgistic 4W

　　图10几种球泡灯的外壳温度

　　图中的球泡灯功率从7.5W到4W。温升最低的是4W球泡灯，其外壳温度为38度。温升最高的为东芝照明的7.2W球泡灯，其表面温度高达61度。这是因为东芝的球泡灯散热器没有开槽沟的缘故。所以不开槽沟的散热器，虽然表面光滑，外形好看，但其散热效果会差很多。而表面温度越高，在同样的系统热阻和功耗情况下，LED芯片的结温也越高，LED的寿命就越短。

　　由于球泡灯散热器面积的限制，所以很难散热超过7-9W。根据目前的LED光效，它的流明数也就相当于60W白炽灯。随着以后LED光效的逐年提高，相信会出现同样大小而能取代100W的白炽灯。

　　散热器的材料目前大多数采用铝合金，因为成本低廉，加工容易，而且导热性好。但是最近出现了很多绝缘的塑料散热器和陶瓷散热器，其散热效果也不差。因为最后的散热主要靠对流和辐射。而对流完全由其形状和面积决定。辐射则和材料的辐射性有关。各种材料的热辐射系数如下表所示：

　　由表中可见，氧化处理是改进金属材料的辐射散热的重要途径。而导热塑料则不需要任何氧化处理就可以达到极高的辐射系数。因此只要其外形和金属散热器一样，那么其对流和辐射的效果是和金属散热器的效果是相同的。但是其热传导性能肯定不如金属，所以整体散热效果会差一些。但是如果把它做得尽可能薄，再加上一层金属的内壁，就可以把这个热传导低的不利因素降至最低。现在已经有导热系数大于20w/mk的塑料，但是其单价比较高。陶瓷散热器的情况和塑料散热器情况一样。只是其导热系数可以做得更高，当然成本也要高很多。图10是上海龙茂微电子公司的6W塑料外壳球泡灯。它的散热器温度为67度。

　　图10一个6W的塑料散热器LED球泡灯

　　塑料和陶瓷的最大优点是绝缘，所以即使采用非隔离电源也容易通过安规检验。

　　此外，为了改善泡壳里恒流驱动电源的散热，通常都要加入导热密封胶，以取代导热差的空气。还有一种方法是在散热器上打孔，以便空气的流通。但是就会有防水的问题。

　　五.球泡灯的泡壳

　　所谓泡壳就是指前面透明的玻壳。在白炽灯中，全部都是由玻璃做成的外壳，但是在球泡灯中，虽然也可以用玻璃做前面的外壳，实际上也是有这样做的。但是因为LED球泡灯重量很重，要比白炽灯重5倍以上，如果用玻璃做的话，掉在地上，摔破的可能性就大多了。因此更多的LED球泡灯采用塑料做泡壳，以防摔坏。而且LED球泡灯因为热量都从散热器散出去了，所以通过泡壳的光大都是可见光，很少有发热的红外线，所以采用塑料来做泡壳也不会由于过热而损坏。

　　但是塑料外壳的最大问题是透光率的问题。因为LED存在眩光的问题，所以尽可能采用乳白色的泡壳，以免看到里面的LED灯珠。而乳白色的泡壳。其透光率就更成问题了。所以对于用于LED球泡灯泡壳的塑料有以下要求：

　　1.具有高透光、高扩散、无眩光、无光影;

　　2.光源隐蔽性要好(尽可能看不到LED灯珠);

　　3.透光率达到90%以上;

　　4.具有高阻燃性;

　　5.具有高抗冲击强度;

　　现在国内有一种称为智光LED光学灯罩的据说可以实现所有以上要求(图11)。

　　图11各种LED塑料泡壳

　　假如真的可以实现94%的透光率，而且还能防眩光，无光影，那么真的是十分理想的了。