《如何判斷 LED 燈具散熱優劣？》
《如何判斷 LED 燈具散熱優劣？》
（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??這內外兼修的節奏，似乎已經把燈具的整個生命透視了個徹底。舉個應景的例子：如果說一個城市的下水道代表著這個城市的良心，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，等于良心壞掉全盤傾覆，是個一票否決的重要點。所以，燈具的散熱系統是否優秀，則顯得十分重要！
LED 燈具區別于傳統燈具，一般都有個很明顯的標志：后面有散熱片。并不是因為 LED 溫度很高需要散熱。恰恰相反，正是因為 LED 屬于冷光源，芯片很“怕熱”，才要做好散熱，讓它能穩妥工作。
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的就沒有顏值，工業設計可以說是設計美學的最高境界。
LED熱管理
圖：LED 熱量傳導示意圖
熱量的產生與走向，專業術語叫做“熱管理”。如上圖所示，LED 芯片，是發出熱量的源頭，也是最怕高溫的位置。我們需要把它發出的熱量迅速傳到基板，再傳到散熱器，再散發到外界，以保證芯片的溫度不會過高。
以上的整個過程，就是一套“散熱系統”，一般分為三大塊：
1、熱量的產生：LED 芯片工作發熱；
2、熱量的傳導：熱量通過基板等中間路徑到達散熱器；
3、熱量的散發：熱量通過散熱器散發到外界。
如何判斷LED散熱的優劣？
圖：紅外熱成像儀，是常用的非接觸式溫度測量設備。
一款散熱設計合理、制作精細的燈具，散熱能力和功率有相應的對應關系。散熱片的體積、重量決定了熱量的儲存能力，所以散熱片一般都是個大坨坨。散熱片的面積決定了最后的散發能力，為了加大面積，一般會做成各種柱、網、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約成本，會以次充好、以小充大。那么問題來了：我們如何判斷一個燈具的散熱器做得好不好呢？
當然，最直接的方法是測量燈具工作時 LED 芯片的溫度，專業術語叫做“結溫”。管他怎么吹，結溫控制在可接受的范圍內，那就是做得好，反之就是偷工減料了。
但是，結溫不是那么容易測量的，需要一連串的專業設備和方法，才能準確測量出燈具內部核心位置 LED 芯片的結溫。有時，即使用專業設備，也只能從外部看到表象，無法深入測量。
圖：使用專業成像儀，也只能看到外部的溫度，而無法知道芯片的結溫。
我們一般的設計師、工程商，在選擇燈具時，顯然無法去測量結溫。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：用手摸感觸測試 LED 燈具溫度，本身不具科學說服力，畢竟不同之人感知溫度的敏感度有所差異。然而，當測試設備不在現場的情況下，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 LED 燈具正常工作時，好的散熱器必定溫度較低，但溫度較低的散熱器未必就好。
是不是有點繞？呵呵…… 我們先看看示意圖：
圖：芯片熱量不多，傳導良好，散熱足夠，手感溫度不高。這是個好散熱系統，唯一的“缺點”可能就是有點浪費材料，呵呵~
那為何手感溫度低的散熱器并不一定是好的散熱器？問題主要出在熱的傳導環節。當熱源產生的熱量無法順暢的傳送到散熱片上時，熱量積聚在熱源附近，靠高溫差傳導熱量到散熱片上，故而手感溫度不高。
圖：如果基板下面有雜質，沒有和散熱器良好接觸，熱量傳不出來，集聚在芯片。外面摸不熱，其實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，使得熱量無法快速的同環境空氣進行熱交換，導致燈具同空氣以高溫差進行散熱，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散發出去，就會造成手摸很燙。
有些散熱器看上去很粗大，其實“有效散熱面積”是不夠的。一套散熱系統，其中部分能夠充分接觸環境空氣并且空氣能迅速自由離開的散熱片面積，才能稱為“有效散熱面積”。其它無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物理方法，而且不好鑒別，那么怎么系統地去鑒別 LED 燈具的散熱優劣呢？小編為你推薦：
“半小時照度法”測結溫
既然我們沒法直接測量結溫，那有沒有間接的方法可以得知結溫呢？慶幸的是，一般 LED 結溫升高，光通量會下降。那么，我們只要測量燈具照在同一個位置的照度變化，就可以反推出結溫的變化了。
具體做法是：
1、選擇一個不受外界光干擾的場所，最好是晚上，關掉其他燈。
2、冷態開燈，立即測量一個位置的照度，記下此時讀數為“冷態照度”。
3、保持燈具和照度計位置不變，燈具持續工作。
4、半小時后，再讀取此處的照度值，記下讀數為“熱態照度”。
5、如果兩個數值相差不多（10～15%），則此燈具的散熱系統基本良好。
6、如果兩個數值相差很遠（大于20%），則此燈具散熱系統值得懷疑。
圖：“半小時照度法”間接測量結溫變化。
只是具體照度會下降多大比例才是合理？這個要看具體 LED 芯片的規格性能，而無法簡單的規定范圍比例。
“半小時照度法”的適用范圍
我們列舉幾個常用芯片的“光通量 vs 結溫”變化曲線，可以從此曲線看出，光通量下降多少流明，可以間接得知結溫上升到了多少攝氏度。
圖：OSRAM S5（3030）芯片，光通量比25℃時下降20%時，結溫已超過120℃
圖：OSRAM S8（5050）芯片，光通量比25℃時下降20%時，結溫已超過120℃
圖：OSRAM E5（5630）芯片，光通量比25℃時下降20%時，結溫已超過140℃
圖：OSLON® SSL 80 White芯片，光通量比25℃下降15%時，結溫已超過120℃
圖：Luminus Sensus Series芯片，光通量比25℃下降15%時，結溫已超過105℃
從上面幾張圖可以看出，如果半小時后的熱態照度比冷態下降20%，基本上結溫都已超過芯片的耐受范圍。基本可以判斷散熱系統不合格了。
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