欢迎来到天天文库
浏览记录
ID:11532874
大小:1.38 MB
页数:15页
时间:2018-07-12
《大功率led散热方案》由会员上传分享,免费在线阅读,更多相关内容在教育资源-天天文库。
1、LED散热设计方案题目:大功率LED散热方案学院:电气信息学院学生姓名:李宇专业:测控技术与仪器学号:312010080401204指导教师:靳斌日期:2013年5月1日大功率LED散热方案摘要:目前,随着LED向着大功率方向发展,很多功率型LED的驱动电流达到70mA、100mA甚至1A,电流增大虽然能够提高LED的亮度、功率,但是这将会引起芯片内部热量聚集,导致发光波长漂移、出光效率下降、荧光粉加速老化以及使用寿命缩短等一系列问题。业内已经对大功率LED的散热问题作出了很多的努力:通过对芯片外延结构优化设计,使用表面粗化技术等提高
2、芯片内外量子效率,减少无辐射复合产生的晶格振荡,从根本上减少散热组件负荷;通过优化封装结构、材料,选择以铝基为主的金属芯印刷电路板(MCPCB),使用陶瓷、复合金属基板等方法,加快热量从外延层向散热基板散发。多数厂家还建议在高性能要求场合中使用散热片,依靠强对流散热等方法促进大功率LED散热。尽管如此,单个LED产品目前也仅处于1~10W级的水平,散热能力仍亟待提高。相当多的研究将精力集中于寻找高热导率热沉与封装材料,然而当LED功率达到10W以上时,这种关注遇到了相当大的阻力。即使施加了风冷强对流方式,牺牲了成本优势,也未能获得令人
3、满意的变化。讨论在现有结构、LED封装及热沉材料热导率等因素变化对于其最大功率的影响,寻找影响LED散热的关键因素。研究方法为有限元热分析法.该方法已有实验验证了LED有限元模型与其真实器件之间的差别,证明其在误差许可范围内是准确可行的。关键词:散热,LED,结构第14页创建节约型社会已经成为共识,建筑中采用节能型照明系统也已成为一种趋势。目前,大功率LED在发光效率、使用寿命、光输出特性、显色性能以及绿色无污染等方面具有独特的优势,成为具有极强竞争力的新型优质光源,然而在决定大功率LED能否广泛应用的几个关键技术中,散热设计是非常重
4、要的一环。也就是说,散热设计的好坏将直接决定大功率LED的性能指标优以及实际的推广应用能否获得成功。考虑热导率与散热方式的影响,使用大型有限元软件ANSYSl0.0模拟并分析了大功率LED热分布。通过分析不同封装、热沉材料及散热方式对LED热分布与最大散热能力的影响,指出解决LED散热问题的关键不是寻找高热导率的材料,而是改变LED的散热结构或者散热方式。第14页1建立模型2.2几何模型的建立 第14页 2.3有限元模型的建立1 LED模型中各材料的参数值3分析各种因素对于散热能力的影响3.1热辐射系数对LED散热的影响
5、 图2为表面黑度为0.8时的温度云图。根据斯蒂芬-玻耳兹曼定律,辐照度j*与温度T之间的关系:j*=εσT4。其中ε为黑体的辐射系数;σ=5.67×10-8w/(m2·k4),称为斯蒂芬-玻耳兹曼常数。因此可知,温度越高,辐照度越大。当输入功率为1第14页W时,经由表面辐射散出的热能为7.63×10-4W,仅占总热功率的1.63‰;功率达到2W时,经辐射散出的热能也仅占6.33‰。因此改变热辐射系数对于提高散热能力改善成效不大,散热的关键在于提高另外两种散热方式:热传递和热对流。尽管如此,仍有一些厂家将LED
6、器件的外表面涂成黑色,以期最大限度地利用辐射散热。3.2热导率对LED的散热的影响 只考虑热传导与对流,改变不同封装填充材料如硅树脂.得出结果,如图3所示。即使找到一种热导率高达7Wm-1K-1的环氧树脂成分封装材料时,相比使用热导率为0.25Wm-1K-1的环氧树脂成分封装材料时,芯片温度下降不多,铝基板温度只下降了2.271℃,最大功率仅提高了0.69第14页W。实际上,热导率值超过7Wm-1K-1以上、可商业化的透明硅树脂封装材料目前尚无文献报导。分布云图如图4所示。第14页·表2给出透镜热导率为0.2Wm-1K-1
7、时,不同热沉材料的导热系数对于LED最大功率影响。由表2看出,热沉材料对于LED的最大散热能力的影响很小。第14页·3.3增加散热面积对LED散热的影响 表3为3种不同散热方式对LED的温度分布、最大功率的影响。可以看出,增加散热面积是很好的散热方式,可以轻易地提高LED器件散热能力,这是目前LED产品所普遍使用的散热方式之一。然而缺点也很明显:影响成本、增加产品重量、影响封装密度。无限度地提高LED散热片面积显然不现实,因此一般使用1.5inch2散热片提升LED产品最大功率至10W左右,出于成本等因素就不能继续提高。
8、3.4对流方式对LED散热的影响 第14页常见对流散热方式有两种:自然对流和强制对流。固定结构的散热与表面传热系数有关。空冷方式时,不同传热系数对最大功率的影响如图5所示。强对流方式在一定速度内会大大提高L
此文档下载收益归作者所有