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功率型照明用LED散热技术的实验研究

孙哲然  
【摘要】:半导体(以下简称LED)照明具有环保、节能、使用寿命长等优点,越来越广泛地应用于照明领域,是未来照明的趋势。随着对LED亮度要求的不断提高,LED功率会越来越大,而目前LED的电光转化率仅在20%左右,输入的大部分能量将转化成热,在芯片内部积聚,若不及时将这些热量散发出去,将会严重影响LED出光效果、降低光通量、缩短使用寿命。 本文针对功率型照明用LED的散热问题,通过相关的理论分析和实验测试,研究了影响LED器件散热性能的因素以及提高LED散热能力的方法,主要包括LED芯片热阻测试、翅片散热器散热效果的模拟仿真和热管散热器的散热能力的实验测试三个部分,具体内容如下: 首先根据正向电压法设计并搭建了测试LED芯片热阻的实验台,测试了具有典型不同封装结构的LED芯片热阻,研究了不同封装形式对LED散热性能的影响;接着在翅片散热器研究中,利用热流软件FloEFD分析了材料导热系数、辐射发射率以及翅片厚度、间距、高度、宽度等结构参数对翅片散热器散热能力的影响;最后在热管散热器研究中,分析了用于功率照明用LED散热的小型热管毛细现象及阻力特性,利用实验的方法测试了不同形状的小型热管热启动性性能、等温性能及传热极限,同时设计并实际制作了热管散热器,用于50W照明用LED光源散热,对其散热效果进行了测试。 本文创新点为: (1)研究了材料导热系数、发射率对翅片散热器散热能力的影响,发现材料导热系数达到一定程度,热传导换热方式对散热效果的影响不再显著,热对流和热辐射成为影响散热器散热效果的主导因素。因此在一定程度上提高塑料的导热系数和发射率,改变散热器结构,导热塑料完全有可能应用到LED产品散热中。 (2)热管在实际应用中,为了满足LED产品外部灯具的结构设计要求,常常需要把直管进行打弯或者压扁,制作成需要的形状,本文研究了热管形状改变后,其散热能力变化情况,为实际设计工作提供一些参考依据。


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