多孔微热沉大功率LED阵列传热仿真与实验研究

摘要

LED（Light Emitting Diode)由于其相对普通照明技术的诸多优点而被广泛使用。然而,由于LED芯片电光转换效率低,在工作状态中有约80％-90%的电能转换为了热量,热量的聚集将对LED的工作状态产生许多不良影响。所以，散热问题成为了当下急需解决的LED发展应用的难题之一。
　　针对LED的散热问题，综述了近年来研究LED散热的相关文献，主要分析了关于LED的主动散热的诸多方式，并进行相互优缺点比较，采用了适合大功率LED阵列的散热方法——水冷式多孔微热沉。主要研究内容如下：
　　第一，搭建实验台架对多孔微热沉LED阵列的传热效果进行研究，多孔芯采用铜丝制作，多孔微热沉LED阵列采用5×5的芯片布置方式。研究表明，在输入功率为45W和75W时温度测量点T3的实验温度分别为38.3℃和45.4℃。
　　第二，对实验所用多孔微热沉进行建模仿真，并将实验结果和仿真结果进行对比，发现模拟结果与实验结果的温差在1℃以内，可为后续的研究工作提供可靠的仿真分析工具。
　　第三，利用已验证的仿真方法探讨多孔介质的进出口数目、流速、孔隙率等对系统散热性能的影响。发现相同流量下，进出口由一进一出改为两进两出能改善系统换热；流速由0.25m/s增大至0.5m/s时，系统换热效果提升幅度最明显；孔隙率越小，散热效果越明显，但是流动阻力也随之增大；而且即使在环境温度高达36℃的情况下，系统芯片的最高温度也才45.8℃。
　　第四，为了改善系统的换热效果，根据前文实验和仿真模拟工作，利用已验证的仿真模型，发现一种下空结构，无论是从芯片基板的温度均匀性、安装便捷性或经济性角度考虑，该结构都具有优良的特性。
　　本文工作目的是希望能提供一些理论与实际方面的设计依据，能更好解决大功率LED阵列系统的散热难题并推动其发展与应用。

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1 绪言

1.1研究意义

1.2 LED的发展与研究现状

1.3本文研究内容

2 多孔微热沉大功率LED阵列系统

2.1多孔微热沉系统介绍

2.2多孔微热沉系统实验

2.3本章小结

3 多孔微热沉大功率LED阵列系统数值模拟

3.1多孔微热沉系统数值仿真

3.2仿真结果与实验结果的对比验证

3.3本章小结

4 影响多孔微热沉系统散热性能因素研究

4.1进出口数目对散热性能的影响

4.2工质流速对散热性能的影响

4.3孔隙率对散热性能的影响

4.4环境温度对散热性能的影响

4.5本章小结

5 新型多孔微热沉结构数值仿真

5.1下进平出型多孔微热沉

5.2下空型多孔微热沉

5.3三种结构散热效果对比

5.4本章小结

6 结论与展望

6.1结论

6.2展望

致谢

参考文献

附录 作者在攻读硕士学位期间参与项目与学术论文