新型镁合金LED灯具散热器设计与分析

摘要

LED(Light Emitting Diode)被誉为新一代绿色照明光源，与传统光源相比，其具有节能、环保、体积小、寿命长等优势，已被广泛应用于各个生活及生产领域。随着LED市场需求的与日俱增，取代传统照明已经成为一种趋势。为了满足更高发光亮度的市场需求，LED的输入功率与器件集成度不断增大，使得芯片结温迅速上升，大幅降低使用寿命及发光效率，严重制约了LED产业的大规模发展。因此，合理有效的散热设计对于LED器件尤为重要。
　　针对LED的散热问题，本文设计了一款新型LED灯具散热器，制作材料为AZ31型镁合金，结构采用多尺寸翅片相结合的方式，将与其具有相同散热面积的传统结构散热器作为对比结构，分析所设计散热器的散热性。结果表明，相同条件下，多尺寸翅片散热器的空气流速较高，芯片最高结温较低，具有较优的散热性能。搭建实验测试系统，通过对比实验测量数据与仿真计算数据，得知二者最大误差不超过8.6％，数据吻合较好，表明所建立仿真模型可靠、有效。
　　此外，本文基于BP神经网络与遗传算法对镁合金多尺寸翅片散热器进行了结构优化。首先根据单因素试验找出对散热器温度影响较为显著的因素，分别为散热器翅片的厚度、长度及高度，进而设计正交试验。以芯片最高结温为研究指标，建立BP神经网络预测模型，然后结合遗传算法对芯片结温及散热器重量进行双目标优化，通过调节不同权重以获得Pareto最优解。结果表明，优化前所设计多尺寸翅片散热器相比规则形貌散热器的芯片最高结温降低了4.04％，散热器重量降低了66.67％;经过进一步的双目标优化后，芯片最高结温最终降低了4.47％，散热器重量最终降低了93.18％，表明通过双目标优化，实现了在保证散热器散热性能的同时有效减重的目的。

目录

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摘要

第一章 绪论

1．1 LED的发展趋势

1．2 LED的散热问题

1．2．1 LED的发光原理

1．2．2 温度对LED的性能影响

1．3 国内外研究现状

1．3．1 芯片封装散热技术

1．3．2 散热性能分析方法

1．3．3 散热方式

1．3．4 散热器材料对散热性能的影响

1．3．5 散热器结构对散热性能的影响

1．4 本文主要工作

第二章 LED镁合金多尺寸翅片散热器设计

2．1 LED散热理论基础

2．1．1 LED热阻模型

2．1．2 传热理论

2．2 散热技术的选择

2．3 散热材料的选择

2．4 多尺寸翅片散热器热性能分析

2．4．1 新型镁合金LED灯具散热器的结构设计

2．4．2 仿真模型的参数设置

2．4．3 流体场与温度场的对比分析

2．5 本章小结

第三章 LED镁合金多尺寸翅片散热器实验研究

3．1 散热器样品制作

3．2 实验器材及设备

3．3 温度测点分布

3．4 实验步骤

3．5 实验结果及误差分析

3．6 本章小结

第四章 基于BP神经网络与遗传算法的散热器结构优化

4．1 关键几何参数对散热性能的影响分析

4．2 神经网络理论

4．2．1 人工神经网络理论

4．2．2 人工神经网络结构

4．2．3 人工神经网络学习方式

4．2．4 人工神经网络特点

4．2．5 BP神经网络

4．3 基于BP神经网络建立芯片结温预测模型

4．3．1 确定样本数据

4．3．2 网络结构及参数设置

4．3．3 网络训练与预测

4．3．4 预测结果分析

4．4 多目标优化问题

4．4．1 多目标优化

4．4．2 多目标优化算法

4．4．3 遗传算法多目标优化

4．5 基于遗传算法实现散热器结构的多目标优化

4．5．1 遗传算法多目标优化

4．5．2 遗传算法多目标优化运算流程

4．5．3 散热器结构优化实现

4．6 本章小结

第五章 总结与展望

5．1 全文总结

5．2 后续工作展望

参考文献

发表论文

参加科研情况

致谢