圖3中的燈芯罩的作用：1、保護(hù)LED芯;2、便于操作者安裝;3、二次光學(xué)，設(shè)計(jì)制造出不同光輸燈罩，比如聚光型或散光型，滿足不同場(chǎng)所及應(yīng)用。

　　解決了熱連接(熱傳導(dǎo))問題，燈芯的通用標(biāo)準(zhǔn)化的實(shí)現(xiàn)也就近在直尺，將按標(biāo)準(zhǔn)散熱功率來劃分不同規(guī)格的燈芯，比如：3W、6W、10W、15W、20W，對(duì)應(yīng)著不同規(guī)格的標(biāo)準(zhǔn)接口，而不像現(xiàn)燈泡(白熾燈)那樣與功率無(wú)關(guān)，只有兩三種接口。因而LED燈芯的標(biāo)準(zhǔn)接口規(guī)格有許多種，但種數(shù)還是有限，燈具涉及到裝飾，則就千姿百態(tài)，但其標(biāo)準(zhǔn)散熱量必須達(dá)到規(guī)定的值，燈具將按其標(biāo)準(zhǔn)散熱量劃分，其接口與其標(biāo)準(zhǔn)散熱量的燈芯接口相對(duì)應(yīng)。設(shè)計(jì)時(shí)可以這樣，10W(標(biāo)準(zhǔn)散熱功率)的燈芯可以安裝到12W的燈具上，但12W的燈芯則不能安裝到10W的燈具上，這都可以通過接口中的結(jié)構(gòu)差異來實(shí)現(xiàn)。由于每種燈具有其相應(yīng)的固定安裝形式，其散熱性能也就穩(wěn)定，因而不用擔(dān)心用戶安裝時(shí)，改變其散熱性能，即散熱穩(wěn)定可靠。

　　本文所提出的模塊劃分，使得燈具和燈芯的散熱熱阻以及導(dǎo)熱熱阻檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)以及實(shí)驗(yàn)操作制定更為容易，燈具只要實(shí)驗(yàn)測(cè)定出相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)的導(dǎo)熱芯的散熱性能曲線，就可計(jì)算出散熱熱阻;燈芯只要實(shí)驗(yàn)測(cè)定出，LED結(jié)點(diǎn)溫度與一標(biāo)準(zhǔn)散熱片上的溫度差，計(jì)算出燈芯的導(dǎo)熱熱阻即可。有了燈具和燈芯的散熱以及導(dǎo)熱熱阻的檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)和操作的規(guī)程，就容易快速鑒別各種產(chǎn)品的優(yōu)劣。目前還沒有鑒別LED燈散熱性能優(yōu)劣的標(biāo)準(zhǔn)及操作，而是采用非常原始的方法，比如路燈，采用現(xiàn)場(chǎng)工作1000小時(shí)，多家企業(yè)產(chǎn)品一起進(jìn)行PK，測(cè)定其光衰情況，這種鑒別既不科學(xué)，又非常麻煩，比如夏天期間測(cè)定結(jié)果和冬天期間的結(jié)果是不一樣，因?yàn)槎牡臍鉁赜凶兓承┑貐^(qū)變化非常大。

　　依據(jù)本文提出的模塊劃分，以及模塊具體的結(jié)構(gòu)，就可容易制定出統(tǒng)一的燈芯與散熱片(燈具)的機(jī)械接口標(biāo)準(zhǔn)和電的連接接口標(biāo)準(zhǔn)，以及電源標(biāo)準(zhǔn)，這些標(biāo)準(zhǔn)還可形成國(guó)際化標(biāo)準(zhǔn)。有了這些統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，燈具廠商將專心地根據(jù)不同需求，設(shè)計(jì)制造出各種各樣的燈具;燈芯廠商專心芯片封裝，燈芯制造，開發(fā)全自動(dòng)生產(chǎn)設(shè)備，提高生產(chǎn)效率，降低成本，研發(fā)出內(nèi)封裝熱阻更低的芯片封裝結(jié)構(gòu);晶片廠商專心晶片的研發(fā)、生產(chǎn)，更多的投入到如何降低成本，提高光電效率;電源廠商專注電源，專用驅(qū)動(dòng)芯片的開發(fā)，提高電源效率，降低產(chǎn)品成本。在LED照明產(chǎn)業(yè)鏈中的各級(jí)廠商，分工明確、既緊密配合，又相互獨(dú)立，構(gòu)建一完善的現(xiàn)代化產(chǎn)業(yè)連，社會(huì)資源又將被合理地配置到各個(gè)鏈中，成本價(jià)格將顯著降低，LED照明燈普及將近在眼前。

　　總之，本文提出LED照明燈的模塊劃分的科學(xué)之處：①散熱穩(wěn)定可靠;②容易實(shí)現(xiàn)LED照明燈的模塊標(biāo)準(zhǔn)化，以及相應(yīng)的檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)和操作規(guī)程，完善整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈，降低造價(jià)。

　　關(guān)于電源標(biāo)準(zhǔn)：

　　本文認(rèn)為應(yīng)選用恒流驅(qū)動(dòng)，燈芯中LED芯片采用串聯(lián)式(局部有并聯(lián))，如圖4所示，每個(gè)LED芯片(或并聯(lián)組)設(shè)有旁路保護(hù)元件，該元件的作用，一旦所配的LED芯片損壞，成斷開路狀態(tài)，則由于電壓過高(比如兩倍于LED最高電壓)，該元件擊穿，形成永久性短路，使得不因一兩個(gè)LED芯片損壞，而使整個(gè)燈芯報(bào)廢。比如一個(gè)12W的LED燈，共有12顆LED芯片，如果有兩顆損壞，光亮度有下降，則可通電流調(diào)節(jié)端子，調(diào)大電流，補(bǔ)償降低的亮度，因而燈的可靠性高。

　　采用恒流驅(qū)動(dòng)電源的優(yōu)點(diǎn)還有：

　　一、更容易實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的電源，比如規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一的恒流電流定為350mA。15W的燈芯，額定電壓也就是43V。芯片的額定電流與LED芯片中的晶片面積有關(guān)，也就容易調(diào)整設(shè)計(jì)出滿足統(tǒng)一額定電流標(biāo)準(zhǔn)的晶片，另外，還可以通過局部芯片并聯(lián)，比如兩三顆LED芯片并聯(lián)，達(dá)到統(tǒng)一額定電流(如350mA);

　　二、驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單、元器件少、成本低，電源效率高。由于工作電流低(350mA)，開關(guān)功率管BG的開關(guān)損耗也就小，則電源效率高;采用統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)恒流(350mA)，可將開關(guān)功率管BG都集成到驅(qū)動(dòng)IC中(如圖4中虛線所示)，并且額定功率范圍大，從1W到70W(市電為AC220V)范圍工作。輸出功率越大(LED芯串聯(lián)越多)，電源的輸出工作電壓也高，因而開關(guān)功率管BG承受的開關(guān)電壓就越小，開關(guān)損耗也就越小，電源的效率也就更高。

　　三、自然對(duì)流散熱原理及優(yōu)化

　　散熱過程最終是熱量傳到空氣中，由空氣流動(dòng)(對(duì)流)將熱量帶走，散熱片的輻射傳熱所占的分量非常低，因而不于考慮。空氣流動(dòng)帶走的熱量(即散熱量)Q：

　　Q=Cp ·M· (T2-T1)(1)

　　Cp——空氣的比熱，為定值。

　　M——空氣流量。

　　(T2-T1)——散熱片出口處空氣溫度T2與進(jìn)口處空氣溫度T1的溫差，出口處空氣溫度T2最高不超過散熱片的壁面溫度Tw，即(T2-T1)有最大可能的數(shù)值。

　　從公式(1)可以分析得出，最有效提高散熱量的方向是提高空氣流量。

　　自然對(duì)流傳熱過程中，驅(qū)動(dòng)空氣流動(dòng)的動(dòng)力是：空氣受熱溫度升高，比重下降而產(chǎn)生的浮力F：

　　F=∫V g(ρo- ρa )dv=∫V gρo(1- ) dv (2)

　　g——重力加速度。

　　ρ——空氣密度。

　　V——散熱器的體積。

　　TO——環(huán)境大氣溫度。

　　Ta——散熱器內(nèi)的空氣溫度。

　　空氣流經(jīng)散熱片，散熱片產(chǎn)生的阻力ƒ：

　　ƒ= ∫S α · g · ρ · u2 · ds (3)

　　S——空氣流經(jīng)的表面積，即散熱片的散熱面積。

　　α——流動(dòng)阻力系數(shù)，與散熱片的結(jié)構(gòu)，空氣流動(dòng)形式密切相關(guān)。

　　u——空氣在散熱片內(nèi)的流動(dòng)速度，流速u越高空氣流量 也就越大。

　　散熱片的散熱量Q還應(yīng)滿足以下公式：

　　Q=∫S h (Tw—Ta) ds(4)

　　h——對(duì)流傳熱系數(shù)。

　　(Tw—Ta) ——散熱片壁面溫度Tw與散熱片內(nèi)的空氣溫度Ta的差值，散熱片的溫度Tw受LED芯片結(jié)點(diǎn)溫度的限制。

　　以上四個(gè)公式約束著自然對(duì)流散熱過程，浮力F應(yīng)等于流動(dòng)阻力ƒ再加空氣動(dòng)量增加(ρ2 )(在下一節(jié)中有較詳細(xì)的闡述)。降低流動(dòng)阻力ƒ，意味著空氣流速u2增加(即流量M增加)，以及浮力F要求下降。從公式(1)可以看出，流量M增加，有利于散熱量Q的提高，浮力F要求下降，從公式(2)可以分析得出，散熱片中的空氣溫度Ta可降低，又從公式(4)可以看出：有利散熱量Q的提高，這說明降低流動(dòng)阻力，從各方面來講，都對(duì)散熱量Q提高有利。

　　降低流動(dòng)阻力系數(shù)α，能有效降低流動(dòng)阻力。當(dāng)散熱片的肋片，上下豎立設(shè)置，空氣由下向上直接穿過散熱片時(shí)，低溫空氣直接進(jìn)入散熱肋片，由公式(4)，有利于對(duì)流傳熱;空氣的流動(dòng)方向與浮力方向一致，阻力最小。因而散熱片應(yīng)設(shè)計(jì)成上下貫通的結(jié)構(gòu)，避免空氣彎曲流動(dòng)，渦流出現(xiàn)。依據(jù)公式(3)，流動(dòng)阻力與空氣在散熱片中的流速的平方成正比，因而降低流速能有效降低流動(dòng)阻力。增大空氣在散熱片中的流通面積，既能不減小空氣流量M，又能降低流速。太陽(yáng)花式結(jié)構(gòu)散熱片，如圖5所示，LED芯片將集中在中心導(dǎo)熱柱截面上，不僅發(fā)熱源(LED芯片)離散熱肋片根距離近，則導(dǎo)熱柱內(nèi)導(dǎo)熱熱阻小，而且LED芯片集中，所占的截面積小，即空氣的有效流通面積大，因而有利于流動(dòng)阻力減小。這說明：太陽(yáng)花式結(jié)構(gòu)的散熱片，是LED燈散熱的最佳結(jié)構(gòu)。從制造方面講，采用鋁擠出工藝，制造出太陽(yáng)花鋁型材，再裁切就成了散熱片，可制造出各種外形的散熱片，生產(chǎn)效率高，工序少，造價(jià)也就低。

　　由公式(2)分析：如果散熱器的體積V一定，所占空間尺寸一定，散熱器中的空氣溫度Ta提高，有利于提高浮力F，但從公式(4)得出，卻不利于散熱肋片與空氣的對(duì)流傳熱(即散熱)。從公式(4)中分析，通過增加散熱肋片數(shù)量(即肋片密度)，來提高散熱面積S，有利于提高散熱量，但從公式(3)分析，卻相應(yīng)地提高了流動(dòng)阻力ƒ。

　　以上分析說明：在自然對(duì)流傳熱中，通過增加散熱肋片密度(減小肋片之間的間隙)來增加散熱面積，以達(dá)到提高散熱量的目的，但存在著相反、矛盾的因素，因而散熱量提高有限，甚至有可能得到降低散熱量的相反結(jié)果。可以得出結(jié)論：當(dāng)散熱片所占空間尺寸一定時(shí)，存在一最大自然對(duì)流散熱量，相對(duì)應(yīng)就有著最佳肋片結(jié)構(gòu)(肋片密度)，最大散熱量與散熱片的流通截面積成正比。本文作者經(jīng)過大量的實(shí)驗(yàn)證實(shí)了該結(jié)論，并總結(jié)有最佳肋片密度的計(jì)算經(jīng)驗(yàn)公式，可以計(jì)算出優(yōu)化的LED燈散熱片。

　　四、自然對(duì)流散熱強(qiáng)化提高