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基于平板型热管的LED散热技术研究

陈金建  
【摘要】:在能源形式日趋紧张的大背景下,LED照明由于耗电量小(节能),寿命长,安全环保等优点,成为照明产品发展的必然趋势。然而,LED中80%-90%的能量转化为热能,如果芯片的热量不能散出去,会加速芯片的老化,最终导致芯片失效,因此如何提高散热能力是大功率LED实现产业化亟待解决的关键技术难题之一。 随着照明LED功率的增大,传统的散热方法已无法满足更高发热密度的散热要求,急需寻求更加高效的散热方法与理论。而平板热管具有传热效率高、结构简单、均温性好等特点,成为解决大功率LED散热问题很有前途的技术之一。本文结合LED灯的结构特点与散热需求,通过以下几个方面对平板热管进行研究: (1)采用改进的加工工艺制作平板热管。结合LED灯具的结构特点与散热需求,制作出长条形及方形的平板热管。 (2)通过实验的方法对长条形平板热管的传热性能进行研究,分析了加热段长度与冷却段长度对长条形平板热管性能的影响。结果表明:该长条形平板热管可实现较长距离传热(其有效传热长度达到255mm),具有较大的接触面积,并且具有较低的热阻。冷却长度不变时,增大加热段长度,使得平板热管的热阻减小,而热输送量与Qmax都增大。加热长度不变时,增大冷却长度使得平板热管提前出现烧干现象,Qmax减小,平板热管的蒸发段温度减小。冷却长度与加热长度接近时,平板热管的综合性能较好。 (3)通过实验的方法对方形平板热管的热输送特性进行研究,分析了多热源的影响,并与应用实例相结合,为LED芯片在PCB上的布置提供理论指导。结果表明:该方形平板热管热阻较小,均温性良好。同等热量的条件下,平板热管的热阻随着热源的个数增加而减小,蒸发端温度随着热源面积等量地增加而类似线性地减小。LED芯片采用分散式布置,使得热量均匀分布,减小芯片的温度;采用集中式布置会造成热量过度集中,不利于散热,但有利于配光设计,综合考虑的情况下,若采用集中式则总功率不宜过高。 (4)建立平板热管散热模组的Icepak模型,对模拟计算与实验数据进行对比分析。结果表明:利用Icepak进行模拟计算的结果与实验数据基本吻合。该Icepak模型具有较高的准确度,误差在5%以内,可应用于LED的热设计。


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