图3中的灯芯罩的作用：1、保护LED芯;2、便于操作者安装;3、二次光学，设计制造出不同光输灯罩，比如聚光型或散光型，满足不同场所及应用。

　　解决了热连接(热传导)问题，灯芯的通用标准化的实现也就近在直尺，将按标准散热功率来划分不同规格的灯芯，比如：3W、6W、10W、15W、20W，对应着不同规格的标准接口，而不像现灯泡(白炽灯)那样与功率无关，只有两三种接口。因而LED灯芯的标准接口规格有许多种，但种数还是有限，灯具涉及到装饰，则就千姿百态，但其标准散热量必须达到规定的值，灯具将按其标准散热量划分，其接口与其标准散热量的灯芯接口相对应。设计时可以这样，10W(标准散热功率)的灯芯可以安装到12W的灯具上，但12W的灯芯则不能安装到10W的灯具上，这都可以通过接口中的结构差异来实现。由于每种灯具有其相应的固定安装形式，其散热性能也就稳定，因而不用担心用户安装时，改变其散热性能，即散热稳定可靠。

　　本文所提出的模块划分，使得灯具和灯芯的散热热阻以及导热热阻检测标准以及实验操作制定更为容易，灯具只要实验测定出相对标准的导热芯的散热性能曲线，就可计算出散热热阻;灯芯只要实验测定出，LED结点温度与一标准散热片上的温度差，计算出灯芯的导热热阻即可。有了灯具和灯芯的散热以及导热热阻的检测标准和操作的规程，就容易快速鉴别各种产品的优劣。目前还没有鉴别LED灯散热性能优劣的标准及操作，而是采用非常原始的方法，比如路灯，采用现场工作1000小时，多家企业产品一起进行PK，测定其光衰情况，这种鉴别既不科学，又非常麻烦，比如夏天期间测定结果和冬天期间的结果是不一样，因为冬夏的气温有变化，某些地区变化非常大。

　　依据本文提出的模块划分，以及模块具体的结构，就可容易制定出统一的灯芯与散热片(灯具)的机械接口标准和电的连接接口标准，以及电源标准，这些标准还可形成国际化标准。有了这些统一的标准，灯具厂商将专心地根据不同需求，设计制造出各种各样的灯具;灯芯厂商专心芯片封装，灯芯制造，开发全自动生产设备，提高生产效率，降低成本，研发出内封装热阻更低的芯片封装结构;晶片厂商专心晶片的研发、生产，更多的投入到如何降低成本，提高光电效率;电源厂商专注电源，专用驱动芯片的开发，提高电源效率，降低产品成本。在LED照明产业链中的各级厂商，分工明确、既紧密配合，又相互独立，构建一完善的现代化产业连，社会资源又将被合理地配置到各个链中，成本价格将显著降低，LED照明灯普及将近在眼前。

　　总之，本文提出LED照明灯的模块划分的科学之处：①散热稳定可靠;②容易实现LED照明灯的模块标准化，以及相应的检测标准和操作规程，完善整个产业链，降低造价。

　　关于电源标准：

　　本文认为应选用恒流驱动，灯芯中LED芯片采用串联式(局部有并联)，如图4所示，每个LED芯片(或并联组)设有旁路保护元件，该元件的作用，一旦所配的LED芯片损坏，成断开路状态，则由于电压过高(比如两倍于LED最高电压)，该元件击穿，形成永久性短路，使得不因一两个LED芯片损坏，而使整个灯芯报废。比如一个12W的LED灯，共有12颗LED芯片，如果有两颗损坏，光亮度有下降，则可通电流调节端子，调大电流，补偿降低的亮度，因而灯的可靠性高。

　　采用恒流驱动电源的优点还有：

　　一、更容易实现统一标准的电源，比如规定标准统一的恒流电流定为350mA。15W的灯芯，额定电压也就是43V。芯片的额定电流与LED芯片中的晶片面积有关，也就容易调整设计出满足统一额定电流标准的晶片，另外，还可以通过局部芯片并联，比如两三颗LED芯片并联，达到统一额定电流(如350mA);

　　二、驱动电路简单、元器件少、成本低，电源效率高。由于工作电流低(350mA)，开关功率管BG的开关损耗也就小，则电源效率高;采用统一标准恒流(350mA)，可将开关功率管BG都集成到驱动IC中(如图4中虚线所示)，并且额定功率范围大，从1W到70W(市电为AC220V)范围工作。输出功率越大(LED芯串联越多)，电源的输出工作电压也高，因而开关功率管BG承受的开关电压就越小，开关损耗也就越小，电源的效率也就更高。

　　三、自然对流散热原理及优化

　　散热过程最终是热量传到空气中，由空气流动(对流)将热量带走，散热片的辐射传热所占的分量非常低，因而不于考虑。空气流动带走的热量(即散热量)Q：

　　Q=Cp ·M· (T2-T1)(1)

　　Cp——空气的比热，为定值。

　　M——空气流量。

　　(T2-T1)——散热片出口处空气温度T2与进口处空气温度T1的温差，出口处空气温度T2最高不超过散热片的壁面温度Tw，即(T2-T1)有最大可能的数值。

　　从公式(1)可以分析得出，最有效提高散热量的方向是提高空气流量。

　　自然对流传热过程中，驱动空气流动的动力是：空气受热温度升高，比重下降而产生的浮力F：

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

　　g——重力加速度。

　　ρ——空气密度。

　　V——散热器的体积。

　　TO——环境大气温度。

　　Ta——散热器内的空气温度。

　　空气流经散热片，散热片产生的阻力ƒ：

　　ƒ= ∫S α · g · ρ · u2 · ds (3)

　　S——空气流经的表面积，即散热片的散热面积。

　　α——流动阻力系数，与散热片的结构，空气流动形式密切相关。

　　u——空气在散热片内的流动速度，流速u越高空气流量 也就越大。

　　散热片的散热量Q还应满足以下公式：

　　Q=∫S h (Tw—Ta) ds(4)

　　h——对流传热系数。

　　(Tw—Ta) ——散热片壁面温度Tw与散热片内的空气温度Ta的差值，散热片的温度Tw受LED芯片结点温度的限制。

　　以上四个公式约束着自然对流散热过程，浮力F应等于流动阻力ƒ再加空气动量增加(ρ2 )(在下一节中有较详细的阐述)。降低流动阻力ƒ，意味着空气流速u2增加(即流量M增加)，以及浮力F要求下降。从公式(1)可以看出，流量M增加，有利于散热量Q的提高，浮力F要求下降，从公式(2)可以分析得出，散热片中的空气温度Ta可降低，又从公式(4)可以看出：有利散热量Q的提高，这说明降低流动阻力，从各方面来讲，都对散热量Q提高有利。

　　降低流动阻力系数α，能有效降低流动阻力。当散热片的肋片，上下竖立设置，空气由下向上直接穿过散热片时，低温空气直接进入散热肋片，由公式(4)，有利于对流传热;空气的流动方向与浮力方向一致，阻力最小。因而散热片应设计成上下贯通的结构，避免空气弯曲流动，涡流出现。依据公式(3)，流动阻力与空气在散热片中的流速的平方成正比，因而降低流速能有效降低流动阻力。增大空气在散热片中的流通面积，既能不减小空气流量M，又能降低流速。太阳花式结构散热片，如图5所示，LED芯片将集中在中心导热柱截面上，不仅发热源(LED芯片)离散热肋片根距离近，则导热柱内导热热阻小，而且LED芯片集中，所占的截面积小，即空气的有效流通面积大，因而有利于流动阻力减小。这说明：太阳花式结构的散热片，是LED灯散热的最佳结构。从制造方面讲，采用铝挤出工艺，制造出太阳花铝型材，再裁切就成了散热片，可制造出各种外形的散热片，生产效率高，工序少，造价也就低。

　　由公式(2)分析：如果散热器的体积V一定，所占空间尺寸一定，散热器中的空气温度Ta提高，有利于提高浮力F，但从公式(4)得出，却不利于散热肋片与空气的对流传热(即散热)。从公式(4)中分析，通过增加散热肋片数量(即肋片密度)，来提高散热面积S，有利于提高散热量，但从公式(3)分析，却相应地提高了流动阻力ƒ。

　　以上分析说明：在自然对流传热中，通过增加散热肋片密度(减小肋片之间的间隙)来增加散热面积，以达到提高散热量的目的，但存在着相反、矛盾的因素，因而散热量提高有限，甚至有可能得到降低散热量的相反结果。可以得出结论：当散热片所占空间尺寸一定时，存在一最大自然对流散热量，相对应就有着最佳肋片结构(肋片密度)，最大散热量与散热片的流通截面积成正比。本文作者经过大量的实验证实了该结论，并总结有最佳肋片密度的计算经验公式，可以计算出优化的LED灯散热片。

　　四、自然对流散热强化提高