《如何判斷 LED 燈具散熱優(yōu)劣？》
《如何判斷 LED 燈具散熱優(yōu)劣？》
（文 | 丁德亮）
燈具的顏值是外觀、燈具的核心是芯片、燈具的靈魂是光學(xué)??這內(nèi)外兼修的節(jié)奏，似乎已經(jīng)把燈具的整個(gè)生命透視了個(gè)徹底。舉個(gè)應(yīng)景的例子：如果說(shuō)一個(gè)城市的下水道代表著這個(gè)城市的良心，那么，燈具的散熱，就是燈具這顆容易被忽略的良心，無(wú)論顏值多高、核心多好、靈魂多高尚，遭遇了散熱不良，等于良心壞掉全盤(pán)傾覆，是個(gè)一票否決的重要點(diǎn)。所以，燈具的散熱系統(tǒng)是否優(yōu)秀，則顯得十分重要！
LED 燈具區(qū)別于傳統(tǒng)燈具，一般都有個(gè)很明顯的標(biāo)志：后面有散熱片。并不是因?yàn)?LED 溫度很高需要散熱。恰恰相反，正是因?yàn)?LED 屬于冷光源，芯片很“怕熱”，才要做好散熱，讓它能穩(wěn)妥工作。
圖：散熱器幾乎成為 LED 燈具的特征。
圖：別以為散熱器都是看不見(jiàn)的就沒(méi)有顏值，工業(yè)設(shè)計(jì)可以說(shuō)是設(shè)計(jì)美學(xué)的最高境界。
LED熱管理
圖：LED 熱量傳導(dǎo)示意圖
熱量的產(chǎn)生與走向，專業(yè)術(shù)語(yǔ)叫做“熱管理”。如上圖所示，LED 芯片，是發(fā)出熱量的源頭，也是最怕高溫的位置。我們需要把它發(fā)出的熱量迅速傳到基板，再傳到散熱器，再散發(fā)到外界，以保證芯片的溫度不會(huì)過(guò)高。
以上的整個(gè)過(guò)程，就是一套“散熱系統(tǒng)”，一般分為三大塊：
1、熱量的產(chǎn)生：LED 芯片工作發(fā)熱；
2、熱量的傳導(dǎo)：熱量通過(guò)基板等中間路徑到達(dá)散熱器；
3、熱量的散發(fā)：熱量通過(guò)散熱器散發(fā)到外界。
如何判斷LED散熱的優(yōu)劣？
圖：紅外熱成像儀，是常用的非接觸式溫度測(cè)量設(shè)備。
一款散熱設(shè)計(jì)合理、制作精細(xì)的燈具，散熱能力和功率有相應(yīng)的對(duì)應(yīng)關(guān)系。散熱片的體積、重量決定了熱量的儲(chǔ)存能力，所以散熱片一般都是個(gè)大坨坨。散熱片的面積決定了最后的散發(fā)能力，為了加大面積，一般會(huì)做成各種柱、網(wǎng)、片等形狀。
散熱器在燈具的成本里占了很大一塊。某些偷工減料的工廠為了節(jié)約成本，會(huì)以次充好、以小充大。那么問(wèn)題來(lái)了：我們?nèi)绾闻袛嘁粋€(gè)燈具的散熱器做得好不好呢？
當(dāng)然，最直接的方法是測(cè)量燈具工作時(shí) LED 芯片的溫度，專業(yè)術(shù)語(yǔ)叫做“結(jié)溫”。管他怎么吹，結(jié)溫控制在可接受的范圍內(nèi)，那就是做得好，反之就是偷工減料了。
但是，結(jié)溫不是那么容易測(cè)量的，需要一連串的專業(yè)設(shè)備和方法，才能準(zhǔn)確測(cè)量出燈具內(nèi)部核心位置 LED 芯片的結(jié)溫。有時(shí)，即使用專業(yè)設(shè)備，也只能從外部看到表象，無(wú)法深入測(cè)量。
圖：使用專業(yè)成像儀，也只能看到外部的溫度，而無(wú)法知道芯片的結(jié)溫。
我們一般的設(shè)計(jì)師、工程商，在選擇燈具時(shí)，顯然無(wú)法去測(cè)量結(jié)溫。最土的方法是——用手摸……那么，模上去燙好？還是不燙好呢？
首先澄清一下：用手摸感觸測(cè)試 LED 燈具溫度，本身不具科學(xué)說(shuō)服力，畢竟不同之人感知溫度的敏感度有所差異。然而，當(dāng)測(cè)試設(shè)備不在現(xiàn)場(chǎng)的情況下，用手摸也能粗略判斷燈具溫度的高低，前提是燈具溫度要低于燙傷手的溫度下使用。
手摸散熱器不燙，不一定好
當(dāng) LED 燈具正常工作時(shí)，好的散熱器必定溫度較低，但溫度較低的散熱器未必就好。
是不是有點(diǎn)繞？呵呵…… 我們先看看示意圖：
圖：芯片熱量不多，傳導(dǎo)良好，散熱足夠，手感溫度不高。這是個(gè)好散熱系統(tǒng)，唯一的“缺點(diǎn)”可能就是有點(diǎn)浪費(fèi)材料，呵呵~
那為何手感溫度低的散熱器并不一定是好的散熱器？問(wèn)題主要出在熱的傳導(dǎo)環(huán)節(jié)。當(dāng)熱源產(chǎn)生的熱量無(wú)法順暢的傳送到散熱片上時(shí)，熱量積聚在熱源附近，靠高溫差傳導(dǎo)熱量到散熱片上，故而手感溫度不高。
圖：如果基板下面有雜質(zhì)，沒(méi)有和散熱器良好接觸，熱量傳不出來(lái)，集聚在芯片。外面摸不熱，其實(shí)里面芯片早就高溫啦！
手摸散熱器很燙，肯定不好
如手摸散熱器很燙，散熱系統(tǒng)必定不好，要么散熱器散熱能力不足，存在小牛拉大車的可能；要么有效散熱面積不夠，使得熱量無(wú)法快速的同環(huán)境空氣進(jìn)行熱交換，導(dǎo)致燈具同空氣以高溫差進(jìn)行散熱，從而手感很燙。
圖：散熱器體積或面積不足，芯片的熱量不能及時(shí)散發(fā)出去，就會(huì)造成手摸很燙。
有些散熱器看上去很粗大，其實(shí)“有效散熱面積”是不夠的。一套散熱系統(tǒng)，其中部分能夠充分接觸環(huán)境空氣并且空氣能迅速自由離開(kāi)的散熱片面積，才能稱為“有效散熱面積”。其它無(wú)法被空氣自由充分接觸面積的材料，充其量只能算是熱容材料或熱輻射面積。
這些都是靠眼觀手測(cè)物理方法，而且不好鑒別，那么怎么系統(tǒng)地去鑒別 LED 燈具的散熱優(yōu)劣呢？小編為你推薦：
“半小時(shí)照度法”測(cè)結(jié)溫
既然我們沒(méi)法直接測(cè)量結(jié)溫，那有沒(méi)有間接的方法可以得知結(jié)溫呢？慶幸的是，一般 LED 結(jié)溫升高，光通量會(huì)下降。那么，我們只要測(cè)量燈具照在同一個(gè)位置的照度變化，就可以反推出結(jié)溫的變化了。
具體做法是：
1、選擇一個(gè)不受外界光干擾的場(chǎng)所，最好是晚上，關(guān)掉其他燈。
2、冷態(tài)開(kāi)燈，立即測(cè)量一個(gè)位置的照度，記下此時(shí)讀數(shù)為“冷態(tài)照度”。
3、保持燈具和照度計(jì)位置不變，燈具持續(xù)工作。
4、半小時(shí)后，再讀取此處的照度值，記下讀數(shù)為“熱態(tài)照度”。
5、如果兩個(gè)數(shù)值相差不多（10～15%），則此燈具的散熱系統(tǒng)基本良好。
6、如果兩個(gè)數(shù)值相差很遠(yuǎn)（大于20%），則此燈具散熱系統(tǒng)值得懷疑。
圖：“半小時(shí)照度法”間接測(cè)量結(jié)溫變化。
只是具體照度會(huì)下降多大比例才是合理？這個(gè)要看具體 LED 芯片的規(guī)格性能，而無(wú)法簡(jiǎn)單的規(guī)定范圍比例。
“半小時(shí)照度法”的適用范圍
我們列舉幾個(gè)常用芯片的“光通量 vs 結(jié)溫”變化曲線，可以從此曲線看出，光通量下降多少流明，可以間接得知結(jié)溫上升到了多少攝氏度。
圖：OSRAM S5（3030）芯片，光通量比25℃時(shí)下降20%時(shí)，結(jié)溫已超過(guò)120℃
圖：OSRAM S8（5050）芯片，光通量比25℃時(shí)下降20%時(shí)，結(jié)溫已超過(guò)120℃
圖：OSRAM E5（5630）芯片，光通量比25℃時(shí)下降20%時(shí)，結(jié)溫已超過(guò)140℃
圖：OSLON® SSL 80 White芯片，光通量比25℃下降15%時(shí)，結(jié)溫已超過(guò)120℃
圖：Luminus Sensus Series芯片，光通量比25℃下降15%時(shí)，結(jié)溫已超過(guò)105℃
從上面幾張圖可以看出，如果半小時(shí)后的熱態(tài)照度比冷態(tài)下降20%，基本上結(jié)溫都已超過(guò)芯片的耐受范圍。基本可以判斷散熱系統(tǒng)不合格了。
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