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LED行业中的传热学问题之一——“热阻”概念被滥用

发布时间:2017-05-17 来源:秦彪 责任编辑:wenwei

【导读】LED散热中,温度不高(不超过100℃),属常温传热,无相变等复杂过程,功率也不大,单颗LED晶片也就是1~2W,从传热学和技术来讲,LED散热非常简单,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),其中导热传热就可利用现成的传热计算机软件,得到非常准确的解。
 
一、引 言
 
LED由于其节电、环保、长寿命,被公认为人类下一代照明技术,LED照明应用普及的最大阻碍是LED灯价格高,价格高又是由于散热问题所致。
 
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。那时代,传热技术领域聚集了许多优秀人才,出了不少知名人士,随着传热学及技术日益成熟,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,传热学及技术已是非常之成熟,就像似成熟的果子,掉到地上被树叶遮盖,不被现在的人们看见。
 
LED散热中,温度不高(不超过100℃),属常温传热,无相变等复杂过程,功率也不大,单颗LED晶片也就是1~2W,从传热学和技术来讲,LED散热非常简单,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),其中导热传热就可利用现成的传热计算机软件,得到非常准确的解。
 
导致LED散热简单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于到LED散热研究的甚少,人们没有去拔开地面上的树叶,捡起那些熟透的果子,将人类成熟的传热知识移植到电子行业内,而是重新育种、栽树。
 
LED行业(或者说电子行业)中的传热学可以说是另起炉灶的,从该行业所创造出的新名词:“主动散热”、“被动散热”、就能说明这一点。还有行业中非常熟悉的名词“热沉”,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。以下将已有的成熟的传热学称为“正统传热学”,而LED行业(电子行业)中的传热学称为“行业传热学”,行业传热学的分析问题思路和理念与正统传热学不一致,本文将从行业“热阻”概念的应用来分析,LED行业中传热学的问题。
 
“热阻”概念在行业传热学中被滥用,明显表现出“电子电路学”的烙印,将整个LED散热过程分解成数多“热阻”元件的串联与并联,如图1所示的LED散热过程热阻分析图,在LED行业非常普遍,就像电路中的电阻一样。
 
LED行业中的传热学问题之一——“热阻”概念被滥用
 
在电子电路中,串联电路中的电阻不分前后;并联电路中的电阻不分左右,但传热过程并不是这样。在电子电路中:电阻的串并联关系是非常明确的,电阻的阻值,基本是人为设定,或用仪器可直接测量出或推算出。但在传热过程中,特别是在LED散热过程中,没有明确清晰的热阻串并联关系,不能简单计算出其热阻数值,如果采用“热阻”法,来计算分析,就将简单问题复杂化。正统传热学中很少用“热阻”概念来分析传热过程。
 
以下通过两实例分析比较来进一步说明。
 
二、“热阻法”与正统传热学法对比
 
LED行业中的传热学问题之一——“热阻”概念被滥用
LED行业中的传热学问题之一——“热阻”概念被滥用
LED行业中的传热学问题之一——“热阻”概念被滥用
LED行业中的传热学问题之一——“热阻”概念被滥用
LED行业中的传热学问题之一——“热阻”概念被滥用
LED行业中的传热学问题之一——“热阻”概念被滥用
LED行业中的传热学问题之一——“热阻”概念被滥用
 
结束语:
 
1、LED散热技术创新固然重要,但是正确的传热学基础知识补课更重要;
 
2、“热阻”概念不可滥用,否则简单的传热问题会被复杂化;
 
3、板式热管用于LED照明灯散热是一件荒诞的事。
 
参考文献:
 
1、《传热学》西安交通大学,杨世铭主编,人民教育出版社1980年;
 
2、《传热学》山东工学院,俞佐平主编,人民教育出版社出版1979年;
 
3、O′Neill,P.S,,Chemical Engineering Progress,Vol.67,No.7,P.80~82,1971。
 
作者简介:秦彪,清华大学热能系87级博士,主向为能源及环保,传热学及技术是其专业基础,早在85年第一项专利申请就是传热产品。从2006年开始关注计算机散热,申请并获得多系列有关CPU散热的专利,2008年开始研发LED散热,已有系列专利申请,涵盖LED灯具散热、芯片封装、模块标准化,将成熟的先进传热技术引入电子芯片散热领域,将对整个行业产生深远影响。
 
 
 
 
 
 
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