CN102721024B

CN102721024B - 一种led灯散热器

Info

Publication number: CN102721024B
Application number: CN201210214152.2A
Authority: CN
Inventors: 李静; 姚泽民; 贺高明; 梁剧
Original assignee: South China University of Technology SCUT
Current assignee: South China University of Technology SCUT
Priority date: 2012-06-26
Filing date: 2012-06-26
Publication date: 2015-09-02
Anticipated expiration: 2032-06-26
Also published as: CN102721024A

Abstract

本发明公开了一种LED灯散热器，包括散热基板，小翅片，大翅片，防尘罩，空气流动通道和窗孔；大翅片纵向间隔分布在散热基板上，每两个大翅片之间的间隔形成空气流动通道；防尘罩设置在大翅片的上方，与大翅片顶端设有5-10mm的间距；每一大翅片上间隔设有多个小翅片和窗孔；在垂直方向小翅片与大翅片之间形状锐角或者直角；从上到下看，每一排小翅片之间或者窗孔之间的间距2-10mm；防尘罩与散热基板连接。本发明增加散热面积，加强了散热器空气在纵横方向上流动性，提高了散热表面与空气的换热系数；本发明集散热与防尘防水多功能于一体，适合于大功率LED灯二次封装的要求。

Description

一种LED灯散热器

技术领域

本发明涉及一种大功率电子产品的散热，特别是涉及一种LED灯散热器，该散热器尤其适合于大功率LED照明灯散。

背景技术

LED灯具有光效高、环保、寿命长、方向性强，显色性好等优点，广泛应用于显示、装饰、道路及一些特殊照明领域，然而LED的光电转化效率仅达到10-25%，约75-90%的能量转换热，如果不及时将热量移走，将会导致光源的性能下降，影响LED的寿命。

在现有的技术中，设计者通常利用增大散热面积来达到热量的移走，控制灯珠的温度，但对散热结构的空气流动性却考虑不足；另外增加散热面积使得散热器的体积庞大，浪费大量的材料，增加了LED灯生产的成本；

现有的发明设计中，出于对材料消耗的考虑，一般采用的敞开式热沉散热方式，如专利号为CN201836839U实用新型专利，长久的使用中大量的灰尘积聚在热沉表面，大大的降低了热沉与空气的换热效果。

发明内容

本发明的目的在于克服上述缺点，提供一种换热系数大，既具有防尘封装防护，又具有流体流动感特性，换热效果好的LED散热器，特别适用于大功率LED灯应用。

为了实现上述目的，本发明提出如下技术方案：

一种LED灯散热器，包括散热基板，小翅片，大翅片，防尘罩，空气流动通道和窗孔；大翅片纵向间隔分布在散热基板上，每两个大翅片之间的间隔形成空气流动通道；防尘罩设置在大翅片的上方，与大翅片顶端设有5-10mm的间距；每一大翅片上间隔设有多个小翅片和窗孔，在大翅片上间隔刻开口型刻痕，保留一边不制作刻痕，通过冲压在大翅片上形成多个开口，成为窗孔，窗孔内保留的材料在大翅片上形成小翅片，在垂直方向小翅片与大翅片之间形状锐角或者直角；从上到下看，每一排小翅片之间或者窗孔之间的间距2-10mm；防尘罩与散热基板连接。

进一步地，所述散热基板为一方体，厚度优选为3-5mm。

所述大翅片的间距优选为8-12mm。

所述窗孔的形状优选为方形、圆形或者椭圆形。

所述防尘罩呈椭圆形状，在垂直投影方向上完全遮盖散热基板。

所述防尘罩固定在散热基板上中间的大翅片上方。

所述散热基板，小翅片和大翅片优选由铝合金或铜制造。

相对于现有技术本发明具有如下优点：

（1）本发明大翅片垂直对称分布在散热基板表面上，数量为若干个，由内到外大翅片的高度逐渐增加；外部大翅片与防尘罩有5-10mm的空间距离，利于散热器中空气流道的空气受热膨胀上升后往外流动；大翅片之间保留距离，形成空气纵向流动通道，利于空气在纵向的流动传热。

（2）本发明大翅片表面上开了窗孔，并保留窗孔的面积，在大翅片表面上形成小翅片，小翅片在垂直方向上与大翅片直接有一定的角度，小翅片向空气流动通方向延伸增加散热面积；小翅片的存在加强了空气在垂直方向、横向和纵向的流动的紊乱程度，破坏空气层流流动的层流底层，减少了传热热阻，提高了换热系数，获得更好的换热效果。

（3）本发明在大翅片表面上开窗孔并保留窗孔的面积，在大翅片上形成的小翅片对称排列在大翅片表面上，方向倾斜向外，小翅片之间保留一定的距离；中间大翅片表面的小翅片交错倾斜向外排列，这样利于空气在横向的流动；与纵向和垂直方向空气的相遇增加层流流动的流动性与紊乱性，从而干扰与破坏层流流动，提高换热系数；

（5）防尘罩既可以增加传热的面积，同时又可以起到防止灰尘的积聚影响散热的传热效果；

附图说明

图1为用于大功率半导体发光二极管路灯散热器的正视图

图2为用于大功率半导体发光二极管路灯散热器的左视图

图中示出：散热基板1、小翅片2、大翅片3、防尘罩4、空气流动通道5、窗孔6。

具体实施方式

为更好地理解本发明，下面结合附图对本发明作进一步的说明，需要说明的是，本发明的保护范围并不局限于实施方式表述的范围。

本发明中附图的左右方向为横向，前后方向为纵向。

如图1、2所示，一种LED灯散热器，它包括散热基板1，小翅片2，大翅片3，防尘罩4，空气流动通道5和窗孔6；散热基板1为一方体，厚度为3-5mm，厚度可以改变；大翅片3纵向间隔分布在散热基板1上，优选间隔8-12mm的间距，每两个大翅片3之间的间隔形成空气流动通道5；防尘罩4设置在大翅片3的上方，与大翅片3顶端设有5-10mm的间距；每一大翅片3上间隔设有多个小翅片2和窗孔6，在大翅片3上间隔刻开口型刻痕，保留一边不制作刻痕，通过冲压在大翅片3上形成多个开口，成为窗孔6，窗孔6的形状可以为方形、圆形或者椭圆形等；同时窗孔6内保留的材料在大翅片3上形成小翅片2，在垂直方向小翅片2与大翅片3之间形状锐角或者直角；从上到下看，每一排小翅片之间或者窗孔6之间的间距2-10mm；防尘罩4与散热基板1连接；防尘罩4与大翅片以及散热基板1构成一个整体。

大翅片3数量为多个，大翅片3垂直设置在散热基板1上面，优选大翅片3高度从内到外逐渐增加，利于受热膨胀空气由内到外横向流动；大翅片3上面开有窗孔6，窗孔6在横向形成横向空气流动通道，小翅片2向空气流动通道5往外延伸增加散热面积；翅片3之间形成的空气流动通道5，保证了翅片3表面空气受热时在纵向和垂直方向上有足够的流动空间，确保空气在纵向和垂直方向上的流动性；大翅片3上开窗孔6并保留了窗孔面积，使散热的面积增加约3-5%；小翅片2分布在大翅片3表面上，小翅片2之间在垂直方向（上下方向）和纵向（前后方向）均保持一定距离，小翅片2以中间的大翅片3为对称中心对称分布，方向倾斜向外；中间大翅片3表面上的小翅片2左右间隔分布，方向倾斜向外。

防尘罩4呈椭圆形状，在垂直投影方向上可以完全遮盖散热基板1，优选固定在散热基板1上中间的大翅片3上方，在两端防尘罩4与外侧翅片3在垂直方向保留5-10mm的距离，受热膨胀上升的空气，从散热器纵向的空气流动通道5流动或者上升过程中受到阻碍向横向流动，也可以上升到顶部从防尘罩4与翅片3之间的空间流动。

本发明散热器在工作时，来自LED芯片的热量经过热传导的方式传到散热基板1底面，底面温度上升，使得散热基板1与大翅片3存在温度差，热量进一步由散热基板1底面传递到大翅片3上；热量通过辐射，传热、对流方式将热量从大翅片3表面传到空气中；由于热量在散热器上是从散热基板1向上传递到大翅片3上，散热基板1的表面温度比大翅片3的温度高；在散热基板1表面受热的空气膨胀，密度减少，沿散热基板1表面上升，形成自然对流，有利于加强散热基板1、小翅片2、大翅片3与空气之间的换热；小翅片2、大翅片3表面的空气受热膨胀，密度减少，引起微小的压力差，推动小翅片2、大翅片3表面的空气流动，增强空气流动通道5的空气的流动性，进一步强化换热；上升的空气遇到小翅片2阻碍产生波动震荡，破坏空气与翅片2、大翅片3表面流动层流底层，同时空气在横向由于也存在微小的压力差，空气在通道5也存在横向流动，因此增加空气流动紊乱性，从而增加小翅片2、大翅片3与空气的传热系数，获得良好的换热效果；受热空气上升到防尘罩4的底部，部分热量通过自然对流传递给防尘罩4，剩余热量则由空气通过空气流动通道5或者防尘罩4与大翅片3之间的空间从内到外传到大气中去。散热器顶部加防尘罩4，可以防止由于长时间灰尘或者其他杂物颗粒积聚在空气流道中间而降低散热器与空气之间的换热效果，因此可以提高散热效果和散热器的使用寿命。

本发明LED散热器，结构简单，易于加工；充分考虑了受热空气的流动性，利用翅片3上开窗孔6，同时形成小翅片2，不但没有减少散热面积，反而散热面积增加约3%；小翅片2的存在也加强了空气流动通道5的空气流动的波动与震荡，增加了流动的紊乱性，破坏了自然对流下，空气与散热器表面的流动的层流底层，从而增强换热能力，提高换热的效果，保证了LED芯片温度在正常的工作范围内。

利用ProE软件建立物理模型，利用Fluent软件进行仿真，根据模型的对称性，模拟取模型的二分之一进行模拟，在模型周围建立流体流动区域，流体区域顶部距离模型的顶部为模型的高度的2倍，流体区域侧面到模型的距离为模型宽度的1/2；流体区域底部与模型重合；对模型与流体区域进行网格划分，网格数量约为180万，最差网格质量为0.8，符合计算的要求；流体流动的边界条件设置为压力入口。模拟散热器周围的空气温度设置为30℃，空气的密度计算利用boussinesq的近似方法，单片芯片的产生的热流密度为8×10⁵W/m²；芯片的输入总功率为28W，压力项采用Body ForceWeigh的离散方法，其余方程采用二阶迎风格式离散；能量曲线残差收敛标准为10^-8，其余10^-5；模拟结果表明最高温度可以控制在62℃，远低于LED芯片低于120℃正常工作的温度要求；空气流道5中空气的流速达到0.257m/s，市场上现有的太阳花散热器翅片之间空气流速一般只能达到0.1m/s左右，而且本发明的大翅片3之间空气流速均匀，上升的空气与防尘罩4之间形成明显的烟囱效应，提高了散热器的散热效果。

Claims

1.一种LED灯散热器，其特征在于包括散热基板，小翅片，大翅片，防尘罩，空气流动通道和窗孔；大翅片纵向间隔分布在散热基板上，所述大翅片的间距为8-12mm，每两个大翅片之间的间隔形成空气流动通道；防尘罩设置在大翅片的上方，与大翅片顶端设有5-10mm的间距；每一大翅片上间隔设有多个小翅片和窗孔；窗孔是在大翅片上间隔刻开口型刻痕，保留一边不制作刻痕，通过冲压在大翅片上形成；小翅片是在大翅片上窗孔内保留的材料形成；所述窗孔的形状为方形、圆形或者椭圆形；在垂直方向小翅片与大翅片之间形状锐角或者直角；从上到下看，每一排小翅片之间或者窗孔之间的间距2-10mm；防尘罩与散热基板连接。

2.根据权利要求1所述的LED灯散热器，其特征在于：所述散热基板为一方体，厚度为3-5mm。

3.根据权利要求1所述的LED灯散热器，其特征在于：所述防尘罩呈椭圆形状，在垂直投影方向上遮盖散热基板。

4.根据权利要求1所述的LED灯散热器，其特征在于：所述防尘罩固定在散热基板上中间的大翅片上方。

5.根据权利要求1所述的LED灯散热器，其特征在于：所述散热基板，小翅片和大翅片由铝合金或铜制造。