（a）基板
（b）翅片
图9：结构Ⅲ温度分布图
基板温度，符合热传导温度分布规律；（2）结构Ⅰ的温度一直处于缓慢增长当中，说明LED芯片产生的热量不能及时的散发到空气中，导致温度增加；（3）结构Ⅱ、Ⅲ的温度能很快达到稳定状态，而结构Ⅰ则需较长时间，因为微热管的热扩散系数大，其对热环境的改变反应快，容易到达新的平衡状态；（4）
结构Ⅱ、Ⅲ的温度增长曲线分布基本一致，温度快速上升至拐点，后温度基本稳定在某一值，因结构Ⅲ中的风扇是当腔内的温度上升至45℃时启动，所以其温度达拐点后温度略有下降；（5）对比三种结构的翅片温度分布可知，结构Ⅰ的翅片温度分布最为均匀，而结构Ⅱ翅片温差最大，由于其采用相互靠得很紧的薄肋片，使得中部翅片间的流体流动受到阻碍，对流换热系数稍有减小，温度升高。
1.3.3结温的计算及寿命预测
利用传热学热阻基本公式：
式中，rj－ref为Pn结结点到某个参照点热阻，Δtj－ref为结温tj与参照点温度tref温差，Pd为耗散功率。
可将公式改写为：
根据上述三种照明装置的测试情况，可将铝基板的温度定为参照点的温度tref，则求出Pn结点到铝基
板的热阻rj－ref，即可求出结温。根据上述热阻模型公式，，即为LED
封装热阻与MCPCB板热阻之和。单颗1WLED的封装热阻为9℃/W，0.8mmMCPCB板的热阻为7℃/W，单颗3WLED的封装热阻为14℃/W（注：不同公司或型号的LED热阻有所不同）。由于结构Ⅰ尚未达到稳态，不能计算其结温，结构Ⅱ和Ⅲ中LED结温如表2所示。
表2：各照明装置结温分布
结构Ⅰ在测试过程中，当其运行至80min时出现不稳定状况，为防止发生意外，停止测试。由此可知，结构Ⅰ的散热效果是不可靠的。由表2可知，结构Ⅱ的结温较高，但仍在其允许的工作温度范围内，主要由于其输入功率较大，单颗3WLED的热阻也较大，且翅片与空气进行自然对流散热，换热系数较小，因此需要对其进行改进。结构Ⅲ能够使照明装置保持在较低温度下运行，是对结构Ⅱ的一种改进。
根据ediSon公司给出的大功率白光LED的结温在亮度70％时与寿命的关系可知，当芯片结点温度为110℃时，其寿命约为16000h；芯片结点温度为57℃时，寿命约为70000h。结构Ⅲ可以有效的实现大功率LED照明装置的散热，大大提高照明装置的使用寿命。
1.3.4 结温的影响因素
为了更好地实现LED照明装置的设计，使其结温较低以获得更长的使用寿命，采用正交方法模拟了LED结温的影响因素。风扇的可靠性低、寿命短，会对LED照明装置的应用产生不利的影响，因此研究如何在自然对流条件下实现其散热是非常有用的。取结构Ⅱ中的单个模组进行有限元anSyS10.0模拟，采用三因素三水平正交试验表，三因素分别为：介质传导率、对流换热系数和热流密度。介质传导率是指结构Ⅱ中微热管部分的热导率；对流换热系数是指翅片与周围空气的对流系数；热流密度是指MCPCB板上的热流密度（即：单颗LED灯功率/MCPCB板面积）（注：实际上芯片热流密度为LED灯功率/LED芯片面积，其到MCPCB板时热流密度会发生改变且不等于LED灯功率/MCPCB板面积，由于目前没有变热流密度的相关理论，所以在此模拟试验中统一取加载在MCPCB板上的热流密度为LED灯功率/MCPCB板面积，其得到的MCPCB板温度小于实验值）。则其因素水平表如表3所示。得到的模拟实验结果如表4所示。对其进行数据处理，得到极差如表5所示。
表3：正交试验因素水平表
表4：正交试验结果
表5：数据处理结果
表5中，珚y为实验结果的均值：
kij为第j列因素第i水平的实验结果之和，第j列因素第i水平的效应ωij：
其中，S为第j列上，水平号i出现的次数，极差rj为：
由上表可知：对流换热系数对结温的影响非常小，可认为其与误差波动的影响一样大，可忽略不计；热流密度的影响最大，介质热导率其次，但两者的极差相差不大。即：在自然对流的情况下（系数约为5～10），对流换热系数的影响可忽略不计；而微热管的热导率可使结温降低很多（ω2j为－33.328）；LED灯功率的增大会导致热流密度的大大增长，从而导致结温的大大升高（LED灯从3W到5W，ωij从2.017到28.136）。设计LED照明装置时，若为自然对流方式，则不必考虑其放置环境的换热系数，而尽量提高其导热环节的热导率，寻找新的高热导率部件；对LED灯的功率进行控制，结合整个装置的散热能力来确定LED灯的功率。
2、结论
目前，LED器件正不断地朝着更大功率方向发展，功率型LED的驱动电流也不断增大，这使得解决散热问题已经成为大功率LED实现产业化的先决条件。针对LED器件的散热环节，将其分为一次封装散热和二次热沉散热。一次封装散热主要取决于LED灯的封装结构和封装材料，二次热沉散热主要取决于外部热沉的结构及散热方式。降低封装热阻是解决LED散热最根本的途径，但是在新的封装结构和材料出现前，优化LED器件的二次热沉散热是目前的关键。
本文对三种大功率LED照明装置的二次热沉散热进行了散热原理比较、实验性能分析，建立了热阻网络模型，对其进行了结温计算和寿命预测，发现微热管、薄肋片、风扇可以很好的实现散热，并利用正交试验法对LED照明装置结温的影响因素进行了模拟分析，发现自然对流条件下，对流换热系数的影响可忽略不计，而需尽量提高导热环节的热导率并结合其散热能力进行功率的控制。为微热管散热技术提供了技术参考，为大功率LED器件的二次热沉散热提供了有效的实现途径，但实际应用中需要对其整体结构进行优化设计。