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大功率LED高效散热系统设计及其实验研究

周保军  
【摘要】:随着具有节能、环保、寿命长等的突出优点的白光LED (Light Emitting Diode, 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。


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