LED光源防爆燈散熱問題的改進

熊玉林：0577-62659611  138687630765

摘要：為了改進LED光源防爆燈散熱問題，在燈體結構上設計了特殊散熱結構，使LED光源溫度不超過規定限值，提高LED光源防爆燈的使用壽命。
關鍵詞：LED光源；光衰速度；光源溫度；壽命

1 引言
LED光源是利用半導體芯片作為發光材料，封裝在具有一定強度的透明材料中，LED(Lighy Emitting Diode)俗稱“發光二極管”，被稱為第四代照明光源或綠色光源，具有節能、環保、壽命長、體積小等特點。當它處于正向工作狀態時(即兩端加上正向電壓)，電流從LED陽極流向陰極時，半導體晶體就發出從紫一紅不同波長的光線(不同顏色的光)，光的強弱與電流有關，LED為固體發光體，能**控制光型及發光角度，光色柔和，無眩光，具有耐震、耐沖擊不易破碎特性，而且廢棄物可以回收，沒有污染。光源體積小，可以隨意組合，輕便、超薄、微型、照明產品用作光源組件，便于安裝和維護。
以LED光源制作成的燈具可用于爆炸性氣體環境危險區域場所中，所以LED光源應用在防爆燈具上完全可以展示其獨特一面。
LED光源防爆燈光源顯色性好，啟、閉沒有延遲特性，反應速度快，可在高頻操作，在有效照明期間可以做到免維護，平均壽命可達lO萬小時，照明環境內無紫外線等輻射，同樣照明效果的情況下，耗電量是白熾燈泡的八分之一，與熒光燈相比，節電75％ 一80％ ，與白熾燈相比，節電40％ 一50％，白熾燈、鹵鎢燈光效為12—241m／W，熒光燈50—701m／W，鈉燈90—1401m／W，LED光效可達到5O一2001m／W，而且光的顯色性好、光譜窄，無需過濾可直接發出有色(不同基材)可見光，用于照明，正因如此，近幾年被爆炸性氣體環境危險區域場所的照明用戶所青睞，LED光源防爆燈開始得到了應用。

2 LED光源防爆燈
LED大功率光源外形由于應用場合的需要，一般常見制作成長形(類似熒光燈管)和“密聚”形等，對于長形(類似熒光燈管)LED光源工作時，由于采用發光二極管整齊排列，相互有一定的間隔，工作中自身散熱可以使發光體的溫度不超過規定極限值。對于密聚形的發光體，由于發光體高度集中，半導體單晶片被封裝透明有機物中，當電子經過該單晶片時，帶負電的電子移動到帶正電的空穴區域并與之復合，電子和空穴消失的同時產生光子。電子和空穴之間的能量越大，產生的光子的能量就越高。光子能量釋放的本身會產生大量的熱量，產生的熱量必須散掉，否則將會影響次序光子的發光，增加光衰速度，降低光效。
LED光源防爆燈采用密聚形LED大功率光源，防爆燈殼體采用ZL102鑄鋁合金，由于在工作中LED光源不產生火花和電弧，可以制成防爆增安型燈具，“光源芯片”用導電膏貼附并用螺釘緊固在殼體上，導電膏貼附可使“光源芯片”與殼體接觸更為良好，并可減小表面接觸熱阻，如圖1所示。
LED光源防爆燈的燈體結構設計已對散熱問題給予考慮，據筆者對目前的幾種LED光源防爆燈的燈體結構觀察和分析研究認為，防爆燈具采用LED大功率光源的殼體形式一般分為兩種：
(1) 連體形：電源腔體與光源腔體聯在一起的，如圖2所示。
(2) 分體形：電源腔體與光源腔體不聯在一起的，而是分開的，兩個腔體之間只有電氣聯結關系，如圖3所示。
以上兩種殼體形式在LED大功率光源散熱問題，取得一定的效果，尤其是鋁合金殼體導熱性好，但還不算解決散熱問題的*好方法。通過對LED光源防爆燈鋁合金殼體表面溫度的測定結果表明：
電源腔體與光源腔體聯在一起的殼體表面溫度是80't2～90℃(環境溫度28~C)(測定的部位是殼體散熱部分)；
電源腔體與光源腔體不聯在一起的，而是分開的殼體表面溫度是60~C～65℃(環境溫度28~C)(測定的部位是殼體散熱部分)。
從測得的殼體表面溫度結果可以看出，電源殼體與光源殼體分開的燈具殼體表面溫度，比電源殼體與光源殼體一體的燈具殼體表面溫度低很多，據LED光源對溫度要求，大功率LED光源的工作溫度不超過60~(2，經驗表明，若超過60~C，LED光源的光衰速度加快，因此發熱問題已成為限制LED本身發展的瓶頸。
如何采取有效措施降低LED光源溫度使光衰速度減慢，保證LED光源本能使用壽命，我們改進設計了LED光源防爆燈水循環散熱殼體，使LED大功率光源散熱問題得到進一步改進，實際應用效果很好。