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大功率LED模组及工矿灯散热分析

李琳红  
【摘要】:作为绿色照明光源的发光二级管(LED)被称为第四代照明光源,具有环保、节能、可靠性高、使用寿命长等优点,开始逐步取代白炽灯和荧光灯,具有广阔的发展前景。但是,LED的电光转换效率较低,其余的电能均转化为LED的热负荷需要散发出去,且散热效果不良将导致LED光源的寿命和发光性能的衰减。因此,LED灯的热管理是LED特别是大功率LED发展必须解决的一个关键问题。 本论文选用自然对流作为大功率LED灯散热的方式,从改善LED界面材料和散热器导热热阻入手,采用理论分析、数值模拟与实验相结合的研究方法,对不同LED灯模组和大功率LED工矿灯的散热进行了深入系统的热分析和研究。 在实验验证冷喷涂直焊技术制作的LED灯散热效果优于传统压接工艺制作LED灯的基础之上,针对冷喷涂铜层覆盖面积的大小和形状对散热的影响展开了研究。利用ANSYS软件对30W LED灯不同模组的散热进行了稳态热分析,并利用热电偶测温和红外热像仪测温的方法开展了相关实验研究,数值模拟和实验研究证明,冷喷涂铜层覆盖面积和形状不同,散热效果不同,其主要取决于铜涂层导热能力的强弱。 提出利用纯铝材料代替铝合金材料制作LED散热器的理念,设计了新型铝叠片散热器结构,并结合冷喷涂直焊技术制作了大功率LED工矿灯,进行了应用于200W、250W LED工矿灯的散热实验和数值模拟研究,比较分析得数值模拟与实验所得结果偏差很小。进一步改变环境条件分析其散热性能,结果表明,所设计散热方案能够极佳地满足250W LED工矿灯在不同环境下的散热需求。 最后,在对纯铝式叠片散热器结构进行了优化的基础上,设计制造了功率为210W的LED灯实体模型,通过实验验证其能够满足210W LED灯的散热需求。 本论文提出的冷喷涂直焊封装技术和纯铝叠片式散热器结构设计方案,为目前大功率LED灯的散热问题提供了有效的解决途径,所设计和组装的LED灯具有极大的市场竞争力。


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