LED异形灯的散热设计与实验

为了提高LED灯具的散热能力,基于烟囱效应原理,设计了一种新型的LED灯具散热结构。该结构仅采用一块圆柱状基板,不需要散热器,突破了传统LED灯具的构造模式。运用软件Solidworks构建三维模型,用其插件Flow Simulation进行热仿真。当功率为10 W时,LED芯片最高温度为81.34℃。当功率增加到15 W时,最高温度变为105.54℃,高于芯片安全工作温度85℃。因此,本文提出在基板中间加入散热器的改进方案,使LED芯片最高温度下降了30.79℃。并以散热器翅片数12个、内环直径20 mm、翅片厚度1 mm为基础模型参数,进行优化试验。研究表明:在翅片数为12个、内环直径为12 mm、翅片厚度为1 mm时,LED异形灯的散热效果最好,此时,LED异形灯的最高温度为72.21℃。当功率为8,13,15,17,19 W时,LED异形灯芯片的温度都满足LED工作的安全要求。经过对8 W的LED异形灯样品的实验测试,测得其最高温度为53℃,与仿真结果仅相差1.01℃,证实了研究的准确性。所设计的LED异形灯,为解决大功率LED散热问题提供了一条新的途径。     

BN&Al2O3/环氧树脂复合材料粘接层对LED灯结温的影响

自制BN/EP(环氧树脂)复合材料和Al₂O₃/EP复合材料作为LED灯PCB板和散热铝块之间的粘接层材料,采用精密钻孔的方法用高精度测温仪测量LED灯正常工作时的温度分布,讨论粘接层对结温的影响,并与COMSOL Multiphysics软件模拟结果进行对比分析。实验测量LED结温与模拟结温变化趋势基本一致,结温会随着粘接层厚度的增加而上升、随着粘接层复合材料热导率的增加先快速降低而后趋于平缓。最终得到PCB板和散热铝块间最佳粘接层厚度和粘接层复合材料配比,当BN的质量分数为60%时,BN/EP复合材料粘接层的热导率最高,此时LED结温为75.2 ℃,比纯环氧树脂粘接层LED的结温降低了27.6 ℃。而Al₂O₃/EP复合材料粘接层LED的最低结温为78.2 ℃,此时Al₂O₃的质量分数为50%。     

无散热器LED异形灯设计与实验

为了降低发光二极管(LED)灯具的重量和生产成本,根据烟囱效应原理,设计了一种无散热器的LED异形灯。利用Solidworks软件建立三维模型,通过其插件Flow Simulation进行热仿真。并以烟囱高度为30mm,烟囱通道直径为20mm的参数为基础模型,研究不同烟囱高度和烟囱通道直径对LED异形灯最高温度的影响。仿真结果表明:对于烟囱高度和烟囱通道直径都为45 mm,基板重量为35.86g的LED异形灯,当输入功率为6,8,10 W时,其最高温度都低于芯片的安全结温85℃,可满足LED安全工作的要求。对8W的LED异形灯进行实验验证,结果表明LED异形灯的最高温度为73℃,与仿真结果仅相差2.06℃,验证了仿真的正确性。所设计的无散热器LED异形灯不仅可以很好地满足LED散热要求,而且重量轻、成本低、制造简单。     

大功率LED热管散热器的热设计研究

给出了一种应用于大功率LED散热的新型热管翅片散热器,该散热器能够有效利用自然风和垂直对流,建立了散热器结构模型,采用Icepak软件分析了散热器参数对大功率LED芯片结温的影响规律.结果表明,热管导热系数、直径以及自然风风速对芯片结温有显著影响,芯片结温随热管导热系数、直径以及自然风风速的增加而降低,翅片导热系数和表...     

集成芯片LED场地照明灯新型叠片散热器热分析

针对大功率LED场地照明集成芯片散热问题,提出了一种新型散热器结构。该散热器利用高导热纯铝材料,采用叠片的方式成型。采用实验和有限元模拟相结合的研究方法,对包括直流电源的新型叠片式LED散热器的散热性能进行了研究。结果表明：LED电源达到稳态所需时间较长,最终能够稳定在一个较低的温度范围。叠片式纯铝散热器通过增加散热面积和提高散热器材料的导热系数能有效降低LED结温。所设计的散热器和选择的电源在自然对流条件下能够很好地满足250 W大功率LED散热要求。     

LED球泡灯的烟囱效应散热设计与实验

为了增强LED灯具的散热能力,根据烟囱效应原理,设计了一种LED球泡灯,其具有特殊的直筒式烟囱结构。利用Solidworks建立三维模型,通过其插件Flow Simulation进行热仿真,并以烟囱高度30 mm、烟囱数量6、通风口长度2 mm的参数为基础模型。通过实验验证,测出该模型的最高温度为69℃,与仿真所得出的结果仅相差1.66℃,证实了仿真步骤的正确性。以此为基础,对不同烟囱高度和数量、通风口大小对LED芯片最高温度的影响进行研究。研究表明:烟囱效应明显增强了灯具的对流散热性能。在烟囱高度为45mm、烟囱数量为12、通风口长度为3.5 mm时,LED芯片的最高温度为61.04℃,比优化前下降了9.62℃。在模型参数相同的条件下,最高温度比不加烟囱结构的LED球泡灯下降了1.9℃,且散热器重量下降了2.55g。在自然对流条件下,所设计的LED球泡灯能很好地满足LED芯片工作要求。     

基于开缝基板的大功率LED散热性能研究

为了实现大功率多芯片LED的芯片直装散热(COH)封装的高效散热,提出了一种开缝基板的新型散热结构,并运用Icepak仿真软件模拟分析了在自然对流下不同缝间距对结温、热阻、流场分布和换热特性的影响。结果表明,开缝基板能有效改善流场分布,提高表面换热系数,增加散热性能。在传导和对流的双重作用下,存在最佳缝间距使结温和热阻最低,输入功率为1 W时,结温和热阻分别降低3.2K和1.01K/W。随芯片输入功率的增加,开缝基板的散热效果愈发明显。同时,开缝基板的提出也节省了器件封装成本。     

导流散热型LED灯的热分析与试验研究

对某LED灯开展了空气导流技术的散热设计,进行了有、无空气导流散热条件下的仿真分析,针对热分析模型进行反复修正迭代,得到了准确的仿真结果。仿真分析与试验结果表明,在有空气导流散热的情况下,LED灯的结温较无空气导流散热时降低约8℃,LED灯的使用寿命可延长2 000 h。进一步研究发现,基板下表面的发射率、接触热阻以及LED与对流孔之间的距离等因素对LED灯的散热均有影响,最终对各个影响因素进行灵敏度分析,给出了降低结温的几点建议。     

导流散热型LED灯的热分析与试验研究

对某LED灯开展了空气导流技术的散热设计,进行了有、无空气导流散热条件下的仿真分析,针对热分析模型进行反复修正迭代,得到了准确的仿真结果。仿真分析与试验结果表明,在有空气导流散热的情况下,LED灯的结温较无空气导流散热时降低约8℃,LED灯的使用寿命可延长2 000 h。进一步研究发现,基板下表面的发射率、接触热阻以及LED与对流孔之间的距离等因素对LED灯的散热均有影响,最终对各个影响因素进行灵敏度分析,给出了降低结温的几点建议。     

LED芯片与YAG荧光粉的相互热作用

大功率白光LED作为新一代照明光源的优势越来越明显,但其光衰机制综合了YAG荧光粉、LED芯片以及封装散热多重因素,衰减机理复杂。为研究LED芯片与荧光胶的相互热影响,基于蓝光LED器件基板温度可控实现蓝光LED器件温度稳定,并通过外部加热(以此作为LED热量作用于荧光胶)的方式控制荧光胶、荧光粉、硅胶的温度。重点研究了温度从27℃升高到220℃对三者光衰、主波长特性的影响。对荧光胶与LED芯片的近距离相互热影响进行了测试,结果表明荧光粉涂覆量会引起光功率的降低,而且随着光功率的降低,LED芯片结温呈现指数升高。实验证明荧光胶层与LED芯片是一个相互影响的复合热源模型。     

基于热阻网络的大功率LED热管散热研究

LED结温高一直是大功率LED发展的技术瓶颈,随着单位热流密度的不断攀升,在自然冷却条件下,单纯的直肋热沉散热方式已不能满足散热要求。应用热管技术设计了热管散热系统,对该系统的传热机理和传热路线进行分析,建立该系统对应的热网络模型,对各部分热阻进行分析与计算,求得总的理论总热阻,计算得出理论结温;同时应用有限元方法对该系统进行仿真分析,对LED模块（0.025 m0.025 m0.005 m）输入30 W 电功率,得出其仿真结温稳定在58.19℃,满足结温小于65℃的要求,说明应用热管的散热系统满足设计要求。由热阻网络模型计算得出的理论结温为57.43℃,与仿真结果相差0.76℃,其误差仅为1.31％,验证了理论分析计算的正确性,对实际工程中热设计具有指导意义。     

C-mount封装激光器热特性分析与热沉结构优化研究

为了降低单管半导体激光器的结温、提高器件的散热效果,基于C-mount热沉的热特性分析提出了一种优化的台阶热沉结构,研究了单管激光器结温和腔面侧向温度分布曲线的影响。在热沉温度298 K和连续输出功率10 W的条件下,腔长为1.5 mm的典型C-mount封装结构激光器的结温为343.6 K,热阻为4.6 K/W。通过在典型C-mount热沉中引入台阶结构,使封装激光器的结温降低为333.8 K,热阻减小到3.5 K/W。计算表明,其输出功率可提高近20%。     

热电制冷LED自然对流散热的设计与优化

为提升高热流密度下LED灯具的自然对流散热性能,以一款基于热电制冷（TEC）的单颗LED小型灯具模组为研究对象,在采用实验测量和回归拟合准确获得TEC性能参数的基础上,建立了有无TEC参与散热的等效热路模型,并选择合理的数学公式对其进行性能描述,进而遵循本文设计的计算流程快速得到各种散热性能数据。LED模组的散热分析表明：在恒定的LED热功率下,施加最佳的TEC电流可获得最高的散热性能;LED热功率越低,安装TEC的散热性能越比常规方法优异。经遗传算法优化前后的性能对比分析表明：优化后结构中TEC的合理工作区明显增大,能满足LED更高功率的散热需求;当LED为0.493 W时,优化后结构的最佳结温仅为15.66℃,远低于30℃的环境温度。基于TEC实验数据建立的等效热路模型,能为装配TEC的LED模组提供快速完整的散热设计分析与结构优化的合理方案。     

大功率LED热阻自动测量方法研究

在没有散热措施的情况下,大功率LED芯片的温度迅速升高,当结温超过最大允许温度时,大功率LED会因过热而损坏。大功率LED灯具设计中,最主要的设计工作就是散热设计。利用LED半导体器件的结电压与结温具有良好的线性关系的特性,通过测量大功率LED工作时的正向压降,工作电流,恒温箱温度和热衬温度,采用的电学参数法,实现了大功率LED热阻的自动测量。设计并制作了大功率LED热阻自动测量仪,快速、准确的测量了LED晶片到热衬的热阻。六种不同规格LED晶片到热衬的热阻测量值与计算值之间的误差小于10%。热阻测量值普遍高于理论计算值,说明LED制造工艺水平还有很大的提升空间。     

照明用大功率发光二极管封装材料的优化设计

根据传热理论,建立了大功率发光二极管的有限元模型.选择了4种键合材料（高导热导电银胶、纳米银焊膏,大功率芯片键合胶、Sn70Pb30）,4种基板材料（Al2O3、AlN、Al-SiC、铜钼合金）.采用ANSYS有限元热分析软件进行了温度场仿真,得到了大功率发光二极管封装材料的最优选择.研究了基板厚度、芯片输出功率及外接热沉时对发光二极管结温的影响.结果表明:纳米银焊膏-AlN组合具有最优的散热效果|增加散热基板厚度提高散热能力的作用不大|单个发光二极管输出功率有限,应优化封装结构并采用多芯片阵列来满足照明级的需要|外接铝热沉能达到理想的散热效果.