大功率LED高效散热系统设计及其实验研究

摘要

随着具有节能、环保、寿命长等的突出优点的白光LED(LED)成功开发和其发光效率的提高，商品化的白光LED灯具已经开始逐渐替代传统的照明灯具。然而LED在工作的过程中要产生大量的热，并且LED芯片对温度十分敏感。如果产生的热量不能及时散出去，芯片温度就会迅速升高，从而影响LED的使用寿命、发光效率、光色（发光波长）、正向电压、最大注入电流以及可靠性等，温度过高甚至会对LED产生永久性破坏。
　　 首先，本文综合介绍了LED灯具整体的的散热方式，大功率LED灯具的散热机理，金属塑料复合换热器基本的传热理论以及金属塑料复合技术等。
　　 其次，本文在平板换热器的基础上对金属、塑料和结合处为矩形、梯形和平面的金属塑料复合微型换热器进行了模拟分析，分析结果在一定程度上证明了金属塑料复合微型换热器的散热性能要优于金属或塑料微型换热器。接着对金属塑料复合微型换热器进行了单因素模拟实验，得到了几种单因素对换热器散热性能的一般规律。最后对其进行了正交实验和极差分析，得到了几种因素对换热器散热性能影响的优先顺序和优化后的换热器结构。
　　 再次，对普通金属、普通导热塑料、带三角形微结构和带半球形微结构换热器的LED球泡灯进行了热仿真模拟，分析对比了几种结构的模拟结果。在这几种结构的基础上内部添加导热材料进行了模拟分析，结果显示内部添加导热材料明显提高了LED球泡灯的散热性能。
　　 最后，本文搭建了自然对流下的温度测量系统，并进行了LED芯片进行了热稳定性和正常工作稳定时结温测量实验。

目录

声明

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摘要

符号说明

第一章 绪论

1．1 LED照明技术概述

1．1．1 半导体照明技术

1．1．2 LED发展简史及国内外发展现状

1．2 温度对LED性能的影响

1．2．1 温度对LED寿命的影响

1．2．2 温度对LED发光效率的影响

1．2．3 温度对LED发光波长的影响

1．2．4 温度对LED正向电压的影响

1．2．5 温升对LED最大注入电流的影响

1．3 课题研究的背景和意义

1．4 研究的思路和本论文研究内容

第二章 大功率LED灯具散热技术

2．1 散热方式

2．1．1 热传导

2．1．2 对流换热

2．1．3 热辐射

2．2 大功率LED散热机理

2．2．1 LED热学参数结温和热阻

2．2．2 大功率LED灯具散热通道分析

2．2．3 降低LED热阻和结温的途径

2．3 金属塑料复合换热器传热理论基础

2．3．1 金属和导热塑料换热器

2．3．2 金属塑料复合热传导理论模型

2．3．3 接触热阻

2．4 金属塑料复合技术

2．5 本章小结

第三章 金属塑料复合微型换热器可行性热仿真分析

3．1 几种微型换热器模拟分析对比

3．1．1 换热器三维模型建立

3．1．2 模拟实验步骤及条件

3．1．3 模拟结果及分析

3．2 平板换热器模型单因素模拟实验

3．2．1 肋片高度对换热器散热性能的影响

3．2．2 肋片厚度对换热器散热性能的影响

3．2．3 肋片间距对换热器散热性能的影响

3．2．4 基底厚度对换热器散热性能的影响

3．3 平板换热器模型结构优化

3．3．1 平板换热器模型结构正交优化仿真设计

3．3．2 平板换热器模型结构优化设计结果分析

3．4 本章小结

第四章 大功率LED球泡灯散热系统优化设计分析研究

4．1 普通照明用LED球泡灯及其结构

4．1．1 LED球泡灯电源

4．1．2 LED球泡灯换热器

4．1．3 LED球泡灯灯罩

4．2 大功率LED球泡灯散热仿真模拟

4．2．1 普通结构LED球泡灯模拟

4．2．2 带三角形微结构换热器LED球泡灯模拟

4．2．3 带半球形微结构换热器LED球泡灯模拟

4．3 LED球泡灯内部添加高热材料仿真模拟

4．3．1 普通结构LED球泡灯模拟

4．3．2 带三角形微结构LED球泡灯模拟

4．3．3 带半球微结构LED球泡灯模拟

4．4 本章小结

第五章 LED散热性能实验

5．1 实验测试系统

5．2 LED热稳定性实验

5．2．1 实验步骤

5．2．2 实验结果及分析

5．3 LED芯片工作稳定结温测量

5．3．1 实验步骤

5．3．2 结果及讨论

5．4 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 总结

6．2 展望

参考文献

致谢

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