大功率LED燈珠與散熱器直焊結構散熱效果分析

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,在各類實際應用中,已經(jīng)逐漸取代了傳統(tǒng)光源.但是它的光電轉換效率很低,致使大部分能量轉變成了熱能,如果這些熱量無法及時散去,則會使led結溫大幅增高,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,對大功率led常用的自然對流、熱管、液體冷卻和強制對流散熱器的結構、工作原理和應用范圍進行了分析與介紹.

大功率led的結點溫度過高會降低其發(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制對流相結合,并采用蜂窩板作為蓄熱結構的熱管散熱裝置,建立了三維模型,采用cfd軟件對其進行了數(shù)值計算,主要研究了熱功率、散熱片間距和風壓對散熱器性能的影響。模擬結果表明該散熱器能有效地降低大功率led結點溫度,結點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、風機功耗、穩(wěn)定性等因素,確定風壓的值。

隨著建設資源節(jié)約型環(huán)境友好型社會理念的不斷深化,作為城市發(fā)展中重要的基礎設施——道路照明,存在能耗高、浪費大等諸多問題。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)勢的半導體照明(led)路燈。但由于目前l(fā)ed芯片的光電轉換效率還較低,消耗電能中約80%轉換為熱能,若不能迅速散發(fā)這一部分熱能,將會導致led芯片的結溫升高,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路燈的關鍵。為此從led路燈產(chǎn)品的經(jīng)濟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因素來設計led路燈散熱器。并通過cfd軟件fluent進行模型的散熱計算分析,驗證了設計的led路燈散熱器具有良好的散熱性能。

大功率led路燈散熱分析與設計 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， 成為21世紀全球最熱門、最矚目的新光源。led的散熱問題是攻克大功率照明 燈具的關鍵，在大功率ｌｅｄ的性能和路燈設計的關鍵技術中，散熱設計是非常 重要的環(huán)節(jié)，散熱設計的好壞將直接關系到ｌｅｄ路燈的實際應用。 關鍵詞：大功率led；路燈；散熱；設計 abstract:thenewhighpowerledtoitshighefficiency,energysaving,thelong life,thegreenenvironmentalprotection,andothercharacteristics,becomingthe world’smostpopular,themostoutstandingnewl

河南理工大學 2011年工程訓練創(chuàng)新大賽設計方案申報書 項目名稱：大功率led液冷散熱器 負責人（簽字）：王程 成員（簽字）：王程、韓相元、魏德超、徐慶慶 申報日期：2011年5月15日 工程訓練中心制 2011年4月 項目名稱大功率led液冷散熱器 研究團隊 姓名性別專業(yè)班級分工手機號碼/郵箱 王程男熱能08-4 設計、計算、 實驗 18749775790 徐慶慶女熱能08-2計算、實驗15518502336 魏德超男機制09-9實驗15239172051 韓相元男熱能08-2計算15514776696 指導教師王華 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、啟動時間短、無

led芯片結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。針對大功率高密度led工作時產(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,對大功率led燈具的散熱分析與設計已成為led燈具封裝的關鍵技術之一。本文利用有限元方法對led燈具的溫度場分布進行了模擬計算。計算結果表明15wled筒燈溫度場分布與實驗結果吻合,在此基礎上進一步分析了pcb導熱率、導熱膠導熱率和芯片位置等因素對led燈具散熱效果的影響,分析結論為后期led燈具散熱優(yōu)化設計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開始進入照明領域。隨著led芯片輸出功率的不斷提高,對大功率led燈具散熱技術也提出了更高的要求。本文以led高端特種照明應用為導向,對大功率led燈具進行了熱仿真,使讀者可對led燈具的熱場分布有直觀明確地了解。通過模擬仿真分析,縮短了分析計算時間,提高了優(yōu)化設計能力,使產(chǎn)品能夠快速地進入市場。

根據(jù)溫度恒定時輸入熱量與輸出熱量相等的原理,設計搭建了大功率led熱沉散熱功率測試平臺,對散熱面積相等但翅片間距不等的兩種直翅片式熱沉進行了測試,并根據(jù)前期模擬結果對根部開孔方法強化散熱的手段進行了實驗對比。結果表明:翅片間距對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,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%。

針對大功率led路燈的熱管散熱器散熱性能進行了實驗和數(shù)值研究。首先,利用紅外測溫技術,對120w大功率led路燈燈殼及熱管散熱器表面溫度進行了測量,測試結果表明,熱管散熱器溫度分布較均勻,平均溫度在38℃左右;熱管散熱技術是大功率led路燈散熱問題的有效解決辦法。其次,建立相應的三維數(shù)學模型并求得數(shù)值解,數(shù)值解與實驗結果符合較好,證明數(shù)學模型的正確性。最后根據(jù)數(shù)值計算結果,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)勢而逐漸地用于照明和信號燈具中,但led對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,應用ansys并結合正交設計法對散熱器進行了溫度場的模擬。通過分析翅片厚度、翅片間距、翅片外輪廓半徑、基板厚度等結構參數(shù)對散熱器溫度場的影響,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,正在被廣泛的應用于照明行業(yè)。對于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并結合正交分析法模擬分析了集成式大功率led路燈散熱器結構。通過分析翅片的高度、厚度、個數(shù)以及基板的長度、厚度、寬度等六個參數(shù)對其溫度場的影響,得出較優(yōu)的結構參數(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】在對散熱性能對大功率led燈性能的影響進行分析的基礎上，探 討了影響大功率led燈散熱性能的相關因素，并以具體的對象設計了大功率 led燈的結構參數(shù)。 【關鍵詞】大功率；led；散熱 1.引言 led燈具有高效、節(jié)能、環(huán)保、壽命長、響應快等諸多優(yōu)點，被當作是白 熾燈、高壓氣體燈以及熒光燈之后的第四代高性能光源。當前，led芯片的電 —光轉換率為10%-20%，其中依然有80%～90%的電能被轉化成熱能。而led 燈主要靠芯片外圍的封裝外殼進行散熱，難以保持led燈需要的低溫環(huán)境，嚴 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.散熱性能對大功率led燈的影響 led燈的發(fā)光機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

對一種大功率led路燈的散熱結構建立數(shù)值模型,采用cfd軟件對其進行熱分析,得到其穩(wěn)態(tài)的溫度場分布。并對散熱結構中影響散熱的各個因素如:熱管數(shù)目、銅熱沉尺寸、粘結層厚度和環(huán)境溫度等進行了分析。結果表明,熱管數(shù)目、環(huán)境溫度和粘結層厚度對照明燈具中l(wèi)ed芯片的溫度分布有著重要的影響,銅熱沉尺寸對芯片溫度分布影響很小,根據(jù)分析結果對所建立的模型進行優(yōu)化,在經(jīng)濟和效果之間達到較好的平衡,獲得了較好的優(yōu)化效果。

基于目前的半導體制造技術,led輸入功率中只有大約15%的能量轉化為光能,其它的則轉化熱能,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。文章在某轎車現(xiàn)有前照燈組合結構的基礎上,制作了led汽車前照燈樣燈。介紹了熱管散熱器的導熱和散熱方式,仿真和測試結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化為熱能,散熱是需要解決的關鍵技術。文章介紹了大功率led熱設計的方法,針對大功率led的封裝結構,建立了熱傳導模型。對某船用大功率led燈具進行了散熱設計,通過仿真分析和熱評估試驗驗證了所采用的散熱方法和設計的散熱器滿足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逐步得到應用。在決定大功率led的性能和路燈設計的幾個關鍵技術中,散熱設計是非常重要的一環(huán),散熱設計的好壞將直接關系到led路燈的實際應用能否成功。文章主要從大功率led的熱特性著手,通過分析大功率led的散熱設計流程及常見的散熱方式,總結出了大功率led路燈的熱設計理論計算方法,為大功率led路燈的熱設計提供了參考。

當前，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，很受到社會的青睞。熱管則因具有結構簡單、重量輕、傳熱性能好等特點，當前已是大功率led的一種常用散熱技術。在市場經(jīng)濟體制的要求下，根據(jù)實際需求，優(yōu)化大功率led熱管散熱器的模塊化設計十分必要。本文主要研究了大功率led熱管散熱器的模塊化的設計要點，以期提高大功率led熱管散熱器的設計水平，使其更好地為人民和社會服務。

采用cfd軟件對常規(guī)型大功率led路燈散熱器建立了三維數(shù)值模型,在大空間中進行了耦合數(shù)值傳熱計算,并用實驗驗證了數(shù)值計算的可靠性。研究了自然對流散熱過程中散熱器的溫度場和周圍擾流空氣的速度矢量場分布。針對散熱器散熱過程中,擾流空氣不能進入散熱器肋片中間讓肋片充分發(fā)揮自然對流冷卻效果,提出了一種新的結構設計,通過數(shù)值計算得到了較理想的結構。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。

設計了一種大功率白光led照明燈具的封裝結構,通過有限元計算,分析其穩(wěn)態(tài)工作下的溫度場分布,并通過溫度測試實驗表明,器件上測試點溫度76.0℃,散熱器外殼溫度71.0℃,誤差分別為2.6%和2.3%,理論計算與實驗結果基本吻合。在此基礎上,結合燈具各構件的溫度場分布與傳熱學原理,提出了一種新的散熱封裝結構,為大功率led的散熱優(yōu)化方案提供了有效依據(jù)。

對一種新型平板熱管散熱器冷卻大功率led芯片陣列進行實驗研究。在自然對流冷卻條件下,分析了平板熱管散熱器的啟動特性、均溫特性以及通電電流、傾角對其傳熱性能的影響。利用熱電轉換方法得到led芯片的結溫變化。實驗結果表明: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,具有很強的散熱能力;led結溫在47.9～59.0℃間,遠低于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、結構相對簡單、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構設計不同,工作時散熱特點也不盡相同。本文實測現(xiàn)有主流led燈具散熱器并總結分析散熱效果,進而提出傳熱-散熱一體的led燈具散熱器結構設計理念,并對led燈具工作溫度場進行分析,驗證了傳熱跟散熱一體化設計的理念。