大功率LED燈珠與散熱器直焊結(jié)構(gòu)散熱效果分析

led(發(fā)光二極管)作為第四代照明光源,因其環(huán)保、體積小、壽命長等優(yōu)點(diǎn),在各類實(shí)際應(yīng)用中,已經(jīng)逐漸取代了傳統(tǒng)光源.但是它的光電轉(zhuǎn)換效率很低,致使大部分能量轉(zhuǎn)變成了熱能,如果這些熱量無法及時(shí)散去,則會(huì)使led結(jié)溫大幅增高,影響其各方面性能及壽命.為了提高led的散熱能力,常將led配合散熱器一起使用.基于此,對(duì)大功率led常用的自然對(duì)流、熱管、液體冷卻和強(qiáng)制對(duì)流散熱器的結(jié)構(gòu)、工作原理和應(yīng)用范圍進(jìn)行了分析與介紹.

大功率led的結(jié)點(diǎn)溫度過高會(huì)降低其發(fā)光效率和可靠性,并縮短使用壽命,這也是限制led光源大規(guī)模應(yīng)用的主要瓶頸。為了解決大功率led芯片的散熱問題,本文提出了一種熱管與空氣強(qiáng)制對(duì)流相結(jié)合,并采用蜂窩板作為蓄熱結(jié)構(gòu)的熱管散熱裝置,建立了三維模型,采用cfd軟件對(duì)其進(jìn)行了數(shù)值計(jì)算,主要研究了熱功率、散熱片間距和風(fēng)壓對(duì)散熱器性能的影響。模擬結(jié)果表明該散熱器能有效地降低大功率led結(jié)點(diǎn)溫度,結(jié)點(diǎn)溫度隨輸入功率成線性變化,得出了散熱片合理的間距,通過綜合考慮散熱、風(fēng)機(jī)功耗、穩(wěn)定性等因素,確定風(fēng)壓的值。

隨著建設(shè)資源節(jié)約型環(huán)境友好型社會(huì)理念的不斷深化,作為城市發(fā)展中重要的基礎(chǔ)設(shè)施——道路照明,存在能耗高、浪費(fèi)大等諸多問題。為此,許多城市選擇安裝具有節(jié)能、環(huán)保、長壽命等突出優(yōu)勢(shì)的半導(dǎo)體照明(led)路燈。但由于目前l(fā)ed芯片的光電轉(zhuǎn)換效率還較低,消耗電能中約80%轉(zhuǎn)換為熱能,若不能迅速散發(fā)這一部分熱能,將會(huì)導(dǎo)致led芯片的結(jié)溫升高,最終降低led路燈的使用壽命。因此,改善大功率led路燈的散熱問題是攻克大功率led路燈的關(guān)鍵。為此從led路燈產(chǎn)品的經(jīng)濟(jì)性以及可靠性角度出發(fā),綜合考慮影響散熱器散熱效果的多個(gè)因素來設(shè)計(jì)led路燈散熱器。并通過cfd軟件fluent進(jìn)行模型的散熱計(jì)算分析,驗(yàn)證了設(shè)計(jì)的led路燈散熱器具有良好的散熱性能。

大功率led路燈散熱分析與設(shè)計(jì) 摘要：新興的大功率led以其高效、節(jié)能、長壽命、綠色環(huán)保等顯著特點(diǎn)， 成為21世紀(jì)全球最熱門、最矚目的新光源。led的散熱問題是攻克大功率照明 燈具的關(guān)鍵，在大功率ｌｅｄ的性能和路燈設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)中，散熱設(shè)計(jì)是非常 重要的環(huán)節(jié)，散熱設(shè)計(jì)的好壞將直接關(guān)系到ｌｅｄ路燈的實(shí)際應(yīng)用。 關(guān)鍵詞：大功率led；路燈；散熱；設(shè)計(jì) abstract:thenewhighpowerledtoitshighefficiency,energysaving,thelong life,thegreenenvironmentalprotection,andothercharacteristics,becomingthe world’smostpopular,themostoutstandingnewl

河南理工大學(xué) 2011年工程訓(xùn)練創(chuàng)新大賽設(shè)計(jì)方案申報(bào)書 項(xiàng)目名稱：大功率led液冷散熱器 負(fù)責(zé)人（簽字）：王程 成員（簽字）：王程、韓相元、魏德超、徐慶慶 申報(bào)日期：2011年5月15日 工程訓(xùn)練中心制 2011年4月 項(xiàng)目名稱大功率led液冷散熱器 研究團(tuán)隊(duì) 姓名性別專業(yè)班級(jí)分工手機(jī)號(hào)碼/郵箱 王程男熱能08-4 設(shè)計(jì)、計(jì)算、 實(shí)驗(yàn) 18749775790 徐慶慶女熱能08-2計(jì)算、實(shí)驗(yàn)15518502336 魏德超男機(jī)制09-9實(shí)驗(yàn)15239172051 韓相元男熱能08-2計(jì)算15514776696 指導(dǎo)教師王華 目的意義 現(xiàn)狀：led是一種高效能的固態(tài)光源，它具有可靠性高、 壽命長、發(fā)光效率高、啟動(dòng)時(shí)間短、無

led芯片結(jié)溫的高低直接影響其出光效率、工作壽命和可靠性。一旦其功率增加到上百瓦或更高,散熱效果即成為制約其性能的瓶頸。針對(duì)大功率高密度led工作時(shí)產(chǎn)生的巨大而集中的熱量,世界各國一直在加緊探索新的散熱解決方案,但均未超越傳統(tǒng)的空冷、水冷、相變冷卻及固態(tài)冷卻范疇。正因如此,國內(nèi)外市場(chǎng)上少有成型的大功率led產(chǎn)品問世。

隨著led芯片輸出功率的不斷提高,對(duì)大功率led燈具的散熱分析與設(shè)計(jì)已成為led燈具封裝的關(guān)鍵技術(shù)之一。本文利用有限元方法對(duì)led燈具的溫度場(chǎng)分布進(jìn)行了模擬計(jì)算。計(jì)算結(jié)果表明15wled筒燈溫度場(chǎng)分布與實(shí)驗(yàn)結(jié)果吻合,在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步分析了pcb導(dǎo)熱率、導(dǎo)熱膠導(dǎo)熱率和芯片位置等因素對(duì)led燈具散熱效果的影響,分析結(jié)論為后期led燈具散熱優(yōu)化設(shè)計(jì)提供了重要的參考依據(jù)。

近年來隨著大功率高亮度led芯片的研制成功及其發(fā)光效率的不斷提高,越來越多的大功率led開始進(jìn)入照明領(lǐng)域。隨著led芯片輸出功率的不斷提高,對(duì)大功率led燈具散熱技術(shù)也提出了更高的要求。本文以led高端特種照明應(yīng)用為導(dǎo)向,對(duì)大功率led燈具進(jìn)行了熱仿真,使讀者可對(duì)led燈具的熱場(chǎng)分布有直觀明確地了解。通過模擬仿真分析,縮短了分析計(jì)算時(shí)間,提高了優(yōu)化設(shè)計(jì)能力,使產(chǎn)品能夠快速地進(jìn)入市場(chǎng)。

根據(jù)溫度恒定時(shí)輸入熱量與輸出熱量相等的原理,設(shè)計(jì)搭建了大功率led熱沉散熱功率測(cè)試平臺(tái),對(duì)散熱面積相等但翅片間距不等的兩種直翅片式熱沉進(jìn)行了測(cè)試,并根據(jù)前期模擬結(jié)果對(duì)根部開孔方法強(qiáng)化散熱的手段進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)對(duì)比。結(jié)果表明:翅片間距對(duì)翅片散熱有明顯影響,在翅片散熱面積相等的條件下,一定范圍內(nèi)散熱功率隨翅片間距減少而減少。其原因在于,翅片間距減少時(shí),翅片根部的空氣停滯區(qū)增加,減少了熱沉的有效散熱面積,從而減少了熱沉的散熱功率。在翅片根部開孔可有效提高熱沉的散熱功率,最高可提高9.8%~16.68%。

針對(duì)大功率led路燈的熱管散熱器散熱性能進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)和數(shù)值研究。首先,利用紅外測(cè)溫技術(shù),對(duì)120w大功率led路燈燈殼及熱管散熱器表面溫度進(jìn)行了測(cè)量,測(cè)試結(jié)果表明,熱管散熱器溫度分布較均勻,平均溫度在38℃左右;熱管散熱技術(shù)是大功率led路燈散熱問題的有效解決辦法。其次,建立相應(yīng)的三維數(shù)學(xué)模型并求得數(shù)值解,數(shù)值解與實(shí)驗(yàn)結(jié)果符合較好,證明數(shù)學(xué)模型的正確性。最后根據(jù)數(shù)值計(jì)算結(jié)果,討論了優(yōu)化熱管散熱器散熱性能的思路及方法。

led作為第4代照明光源,以其節(jié)能環(huán)保的優(yōu)勢(shì)而逐漸地用于照明和信號(hào)燈具中,但led對(duì)芯片的工作溫度要求很高,為保證led的正常使用,必須提高led的散熱能力。文章以200wled路燈為模型,提出了一種新型的翅片散熱器,應(yīng)用ansys并結(jié)合正交設(shè)計(jì)法對(duì)散熱器進(jìn)行了溫度場(chǎng)的模擬。通過分析翅片厚度、翅片間距、翅片外輪廓半徑、基板厚度等結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)散熱器溫度場(chǎng)的影響,得到了最優(yōu)的參數(shù)組合,使led的溫度滿足要求,并且使散熱器的質(zhì)量較輕。

led作為新一代綠色光源,正在被廣泛的應(yīng)用于照明行業(yè)。對(duì)于led燈具來說,正常工作的前提是要具備良好的散熱能力。利用cae并結(jié)合正交分析法模擬分析了集成式大功率led路燈散熱器結(jié)構(gòu)。通過分析翅片的高度、厚度、個(gè)數(shù)以及基板的長度、厚度、寬度等六個(gè)參數(shù)對(duì)其溫度場(chǎng)的影響,得出較優(yōu)的結(jié)構(gòu)參數(shù)組合,使led工作溫度降低到要求溫度以下,并使散熱器的質(zhì)量較輕。

大功率led燈散熱性能研究 【摘要】在對(duì)散熱性能對(duì)大功率led燈性能的影響進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，探 討了影響大功率led燈散熱性能的相關(guān)因素，并以具體的對(duì)象設(shè)計(jì)了大功率 led燈的結(jié)構(gòu)參數(shù)。 【關(guān)鍵詞】大功率；led；散熱 1.引言 led燈具有高效、節(jié)能、環(huán)保、壽命長、響應(yīng)快等諸多優(yōu)點(diǎn)，被當(dāng)作是白 熾燈、高壓氣體燈以及熒光燈之后的第四代高性能光源。當(dāng)前，led芯片的電 —光轉(zhuǎn)換率為10%-20%，其中依然有80%～90%的電能被轉(zhuǎn)化成熱能。而led 燈主要靠芯片外圍的封裝外殼進(jìn)行散熱，難以保持led燈需要的低溫環(huán)境，嚴(yán) 重的制約了led燈，尤其是大功率led燈的高效率工作。因此，分析其散熱性 能，提出高效的散熱措施就顯得尤為重要。 2.散熱性能對(duì)大功率led燈的影響 led燈的發(fā)光機(jī)理是依靠電子在能量帶之間間躍釋放能量而產(chǎn)生光，其光 譜中不含有紅

對(duì)一種大功率led路燈的散熱結(jié)構(gòu)建立數(shù)值模型,采用cfd軟件對(duì)其進(jìn)行熱分析,得到其穩(wěn)態(tài)的溫度場(chǎng)分布。并對(duì)散熱結(jié)構(gòu)中影響散熱的各個(gè)因素如:熱管數(shù)目、銅熱沉尺寸、粘結(jié)層厚度和環(huán)境溫度等進(jìn)行了分析。結(jié)果表明,熱管數(shù)目、環(huán)境溫度和粘結(jié)層厚度對(duì)照明燈具中l(wèi)ed芯片的溫度分布有著重要的影響,銅熱沉尺寸對(duì)芯片溫度分布影響很小,根據(jù)分析結(jié)果對(duì)所建立的模型進(jìn)行優(yōu)化,在經(jīng)濟(jì)和效果之間達(dá)到較好的平衡,獲得了較好的優(yōu)化效果。

基于目前的半導(dǎo)體制造技術(shù),led輸入功率中只有大約15%的能量轉(zhuǎn)化為光能,其它的則轉(zhuǎn)化熱能,如果led散熱問題解決不好,輸出光功率減小,加速芯片蛻化,壽命縮短,不能突顯燈具的優(yōu)勢(shì)。文章在某轎車現(xiàn)有前照燈組合結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上,制作了led汽車前照燈樣燈。介紹了熱管散熱器的導(dǎo)熱和散熱方式,仿真和測(cè)試結(jié)果表明散熱效果較好,指出熱管散熱器存在一定的局限性,散熱方式應(yīng)該向智能散熱方向發(fā)展。

大功率led體積小、工作電流大,輸入功率中大部分轉(zhuǎn)化為熱能,散熱是需要解決的關(guān)鍵技術(shù)。文章介紹了大功率led熱設(shè)計(jì)的方法,針對(duì)大功率led的封裝結(jié)構(gòu),建立了熱傳導(dǎo)模型。對(duì)某船用大功率led燈具進(jìn)行了散熱設(shè)計(jì),通過仿真分析和熱評(píng)估試驗(yàn)驗(yàn)證了所采用的散熱方法和設(shè)計(jì)的散熱器滿足led燈具的散熱要求。

新興的大功率led光源,具備使用壽命長、光輸出定向性高、顯色性優(yōu)等特性,因此在道路照明中將會(huì)逐步得到應(yīng)用。在決定大功率led的性能和路燈設(shè)計(jì)的幾個(gè)關(guān)鍵技術(shù)中,散熱設(shè)計(jì)是非常重要的一環(huán),散熱設(shè)計(jì)的好壞將直接關(guān)系到led路燈的實(shí)際應(yīng)用能否成功。文章主要從大功率led的熱特性著手,通過分析大功率led的散熱設(shè)計(jì)流程及常見的散熱方式,總結(jié)出了大功率led路燈的熱設(shè)計(jì)理論計(jì)算方法,為大功率led路燈的熱設(shè)計(jì)提供了參考。

當(dāng)前，led是一種新型的照明光源，其具有環(huán)保、節(jié)能和壽命長的特性，因此，很受到社會(huì)的青睞。熱管則因具有結(jié)構(gòu)簡單、重量輕、傳熱性能好等特點(diǎn)，當(dāng)前已是大功率led的一種常用散熱技術(shù)。在市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)體制的要求下，根據(jù)實(shí)際需求，優(yōu)化大功率led熱管散熱器的模塊化設(shè)計(jì)十分必要。本文主要研究了大功率led熱管散熱器的模塊化的設(shè)計(jì)要點(diǎn)，以期提高大功率led熱管散熱器的設(shè)計(jì)水平，使其更好地為人民和社會(huì)服務(wù)。

采用cfd軟件對(duì)常規(guī)型大功率led路燈散熱器建立了三維數(shù)值模型,在大空間中進(jìn)行了耦合數(shù)值傳熱計(jì)算,并用實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了數(shù)值計(jì)算的可靠性。研究了自然對(duì)流散熱過程中散熱器的溫度場(chǎng)和周圍擾流空氣的速度矢量場(chǎng)分布。針對(duì)散熱器散熱過程中,擾流空氣不能進(jìn)入散熱器肋片中間讓肋片充分發(fā)揮自然對(duì)流冷卻效果,提出了一種新的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),通過數(shù)值計(jì)算得到了較理想的結(jié)構(gòu)。在同等功率下散熱器基板底面最高溫度比原模型低了5℃,肋片平均換熱系數(shù)提高了17.6%,顯著提高了大功率led路燈散熱器的散熱能力。

設(shè)計(jì)了一種大功率白光led照明燈具的封裝結(jié)構(gòu),通過有限元計(jì)算,分析其穩(wěn)態(tài)工作下的溫度場(chǎng)分布,并通過溫度測(cè)試實(shí)驗(yàn)表明,器件上測(cè)試點(diǎn)溫度76.0℃,散熱器外殼溫度71.0℃,誤差分別為2.6%和2.3%,理論計(jì)算與實(shí)驗(yàn)結(jié)果基本吻合。在此基礎(chǔ)上,結(jié)合燈具各構(gòu)件的溫度場(chǎng)分布與傳熱學(xué)原理,提出了一種新的散熱封裝結(jié)構(gòu),為大功率led的散熱優(yōu)化方案提供了有效依據(jù)。

對(duì)一種新型平板熱管散熱器冷卻大功率led芯片陣列進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究。在自然對(duì)流冷卻條件下,分析了平板熱管散熱器的啟動(dòng)特性、均溫特性以及通電電流、傾角對(duì)其傳熱性能的影響。利用熱電轉(zhuǎn)換方法得到led芯片的結(jié)溫變化。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:平板熱管散熱器的總熱阻在0.3053～0.3425℃/w間,且散熱器整體溫度分布均勻合理,具有很強(qiáng)的散熱能力;led結(jié)溫在47.9～59.0℃間,遠(yuǎn)低于110℃。

目前大功率led燈具的散熱問題已經(jīng)成為制約led行業(yè)深入發(fā)展的瓶頸,體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)相對(duì)簡單、制造加工成本低的散熱器是研究的主要方向。不同的散熱器由于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不同,工作時(shí)散熱特點(diǎn)也不盡相同。本文實(shí)測(cè)現(xiàn)有主流led燈具散熱器并總結(jié)分析散熱效果,進(jìn)而提出傳熱-散熱一體的led燈具散熱器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理念,并對(duì)led燈具工作溫度場(chǎng)進(jìn)行分析,驗(yàn)證了傳熱跟散熱一體化設(shè)計(jì)的理念。