大功率LED灯散热性能研究

论文摘要

本文课题是某研究所的科研项目:“大功率LED灯散热性能研究”,主要研究在自然空气冷却状态下,影响大功率LED灯散热性能的因素及各因素影响的程度,及大功率LED灯散热设计。LED具有高效、节能、环保、寿命长、响应速度快等特点,被视作必将成为继白炽灯、荧光灯、高强度气体放电灯之后的第四代光源。目前LED芯片80 %~90%的电能转化成热量,而仅靠芯片封装器件外壳散热难以维持低温工况,严重制约了大功率LED灯的应用,故需要对其产品进行充分的散热。本文进行了大功率LED灯单一因素散热性能的研究,并分别绘制出翅片长度、翅片高度、翅片厚度、翅片个数、环境温度、表面辐射率与芯片结温的曲线,清晰的反映出各单一因素对芯片结温的影响情况;根据本课题技术要求,建立一热管翅片散热的大功率LED灯物理模型,然后分析其热量传递途径,建立此结构灯的热阻网络图,计算出各热阻与芯片结温,最后证明了此大功率LED灯结构符合本课题技术要求。此外,本文通过对相同结构铝杆翅片散热的大功率LED灯各热阻与芯片结温计算研究,对比得出热管翅片高效散热的原理。利用正交试验法,结合本课题中物理模型,本文又进行了大功率LED灯多因素散热性能的研究,从试验结果得出:在自然空气冷却的情况下,影响大功率LED灯散热性能的主要因素是翅片长度,其次是翅片高度,影响最小的是翅片数目。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 概述
• 1.2 课题研究的背景及意义
• 1.2.1 课题来源
• 1.2.2 LED 的工作原理
• 1.2.3 热效应对LED 性能的影响
• 1.2.4 LED 市场前景
• 1.2.5 课题研究的意义
• 1.3 国内外研究现状
• 1.3.1 封装结构
• 1.3.2 封装材料
• 1.3.3 配置外部热沉
• 1.3.4 存在的问题
• 1.4 本文的主要工作
• 第二章 大功率LED 灯散热研究的基础理论
• 2.1 传热学基础理论
• 2.1.1 热传导
• 2.1.2 热对流
• 2.1.3 热辐射
• 2.2 大功率LED 灯热设计要求
• 2.3 表征大功率LED 灯热性能的主要参数
• 2.4 热阻网络及热阻计算
• 2.5 小结
• 第三章 大功率LED 灯单因素散热性能研究
• 3.1 散热器散热性能分析
• 3.1.1 散热器概述
• 3.1.2 影响散热器散热性能的因素
• 3.1.3 小结
• 3.2 大功率LED 灯热管翅片散热设计
• 3.2.1 热管散热原理及分类
• 3.2.2 LED 灯热管翅片散热设计及热阻计算
• 3.2.3 铝杆翅片散热结构灯的LED 芯片结温计算
• 3.2.4 热管翅片结构高效散热的原理分析
• 3.3 热管翅片热性能仿真分析
• 3.3.1 结温、翅片温度仿真计算与分析
• 3.3.2 热管翅片组位置、数量对散热性能的影响
• 3.4 小结
• 第四章 大功率LED 灯多因素散热性能研究
• 4.1 正交实验法
• 4.2 影响热管翅片散热性能的几何参数
• 4.2.1 翅片高度对散热性能的影响
• 4.2.2 翅片长度对散热性能的影响
• 4.2.3 翅片数目对散热性能的影响
• 4.2.4 小结
• 4.3 正交试验优化
• 4.3.1 指标、因素、水平的确定
• 4.3.2 正交表的构造
• 4.3.3 正交试验安排
• 4.3.4 正交试验数据计算
• 4.3.5 极差分析
• 4.4 小结
• 第五章 结束语
• 5.1 本文的主要工作总结
• 5.2 进一步的工作和展望
• 致谢
• 参考文献