功率型LED阵列热仿真及散热结构优化

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1、广东工业大学硕士学位论文（工学硕士）功率型LED阵列热仿真及散热结构优化龚美二○一八年五月分类号：学校代号：11845UDC：密级：学号：2111501150广东工业大学硕士学位论文（工学硕士）功率型LED阵列热仿真及散热结构优化龚美指导教师姓名、职称：陈益民副教授专业或领域名称：仪器科学与技术学生所属学院：机电工程学院论文答辩日期：2018年5月ADissertationSubmittedtoGuangdongUniversityofTechnologyfortheDegreeofMaster(MasterofEngineeri

2、ngScience)ThermalSimulationofPowerLEDArrayandOptimizationofHeatDissipationStructureCandidate:MeiGongSupervisor:AssociateProf.YiminChenMay2018ElectricalandMechanicalEngineeringGuangdongUniversityofTechnologyGuangzhou,Guangdong,P.R.China,510006摘要摘要LED即发光二极管，是直接把电能转换成光能的

3、半导体器件。LED器件作为一种绿色固态光源在照明市场占据着重要的地位。随着人们对大功率LED灯具的需求增加，对LED灯的功率要求增加以及封装技术要求提升。由于大量热量的集中导致结温快速升高，而结温的升高带来的是LED寿命的衰减和出光效率的降低。因此，设计出有效的散热模型以及使用高导热材料显得格外重要。近年来，在LED灯具封装结构和热界面材料选取方面有很多研究。石墨烯材料因在平面二维方向具有优良的热导率而一直备受关注。为了改善大功率LED散热，充分发挥石墨烯材料在热扩散方面的作用，将其与铝散热器基底表面相结合，试验设计了单颗大功率L

4、ED模型和多颗阵列大功率LED模型。主要探索了两个方面：(1)石墨烯的添加对LED散热效果的影响；(2)不同石墨烯厚度和不同石墨烯形状对LED散热性能的影响；因为仿真中采用的石墨烯很薄，对网格划分要求很严格，因此采用了主流散热仿真优化软件ANSYSIcepak。试验仿真结果表明：石墨烯对改善LED散热效果明显，总体可以使结温下降15℃左右，达到消除热点、降低结温的效果；在纳米厚度级别下，石墨烯厚度和形状对改善LED散热效果差异不大，在误差范围之内，几乎可以忽略。铝散热器在LED散热领域中的应用是最广泛的，得益于其易加工成型、密度低

5、等优点。本文为探索散热器结构参数对LED散热性能的影响，设计出最佳的散热器结构参数，建立了大功率LED路灯模型。试验采用控制变量方法，使用具有自带优化设计功能的热仿真软件Flotherm。探索了铝散热器基底厚度、翅片高度、翅片厚度、翅片间距四个参数对LED路灯结温、引脚温度、灯条和散热器最高温度的影响，试验仿真结果发现对LED散热的影响程度按照翅片高度、翅片厚度、翅片间距、基底厚度依次递减。通过对试验仿真分析，初步找到了最佳的散热器结构参数。关键词：LED结温；热仿真；散热器；石墨烯I广东工业大学硕士学位论文ABSTRACTAnL

6、ED,alightemittingdiode,isasemiconductordevicethatdirectlyconvertselectricalenergyintolightenergy.LEDdevicesoccupyanimportantpositioninthelightingmarketasagreensolid-statelightsource.Aspeople'sdemandforhigh-powerLEDlampsincreases,powerrequirementsforLEDlampsincreaseand

7、packagingtechnologyrequirementsincrease.Becausealargeamountofheatconcentrationleadstoarapidriseinthejunctiontemperature,theincreaseinthejunctiontemperatureleadstotheattenuationoftheLEDlifetimeandthereductionofthelightextractionefficiency.Therefore,designinganeffective

8、heatdissipationmodelandusinghighthermalconductivitymaterialsareparticularlyimportant.Inrecentyears,therehavebeenmanystudieso