大功率LED阵列散热技术分析研究

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1、浙江工业大学硕士学位论文大功率LED阵列散热技术分析研究作者姓名：张欣指导教师：李如春浙江工业大学信息工程学院2013年5月DissertationSubmittedtoZhejiangUniversityfortheDegreeofMasterIJ[1lllllFrlllllPllU[fll[rlrllli[1l[1l[1lllll[[JY2411456ofTechnologyResearchandAnalysisonHeat—-releasetechnologyofHigh--powerLEDArray

2、Candidate：XinZhangAdvisI1’’‘chlLAdvisor：Ru-chanLi‘CollegeofInformationEngineeringZhejiangUniversityofTechnologyMay2013浙江工业大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所提交的学位论文是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的研究成果。除文中己经加以标注引用的内容外，本论文不包含其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果，也不含为获得浙江工业大学或其它教育机构的学位证书而使用过的材料。对本文的研

3、究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人承担本声明的法律责任。作者签名：歇彳欠日期：冽弓年岁月沙日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权浙江工业大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于l、保密口，在——年解密后适用本授权书。2、不保密酿(请在以上相应方框内打“√”)作者签名

4、：导师签名：涨毛及枷伶Et期：州狰日期：2．0l狰皇月修日S玛29大功率LED阵列散热技术分析研究摘要功率型白光LED作为新一代半导体照明光源，具有寿命长、能耗低等优点，正日益受到广泛的关注及研究。目前，对于大功率LED阵列，其热流密度己达NlooW／cm2，但它只能将约20％的电能转化为光能，剩下80％的能量都转化为了热能。若不能及时有效地消除这些热量，将会导致LED结温升高，降低PN结发射出的光子数量，减小发光效率，并对白光LED的色温、色度产生重要影响，影响光源质量，加速器件老化，缩短使用寿命。因此，

5、散热成为大功率LED阵列急需解决的重要问题。本论文对大功率LED阵列的散热技术进行了分析和研究，设计了基于液态冷却的微通道散热器，并对其结构进行了优化分析和仿真。根据热阻的物理意义，由传热学和流体力学的理论知识推导出了热阻与微通道散热器通道宽度、冷却液流速的关系式，在此基础上，通过理论优化和MATLAB仿真分析，得出了通道宽度、冷却液流速的最优值，从而提高微通道散热器的散热效率。由于理论分析采用的是简化解析模型，为了能够较准确直观地表征微通道散热器的散热性能，本文采用计算流体力学软件FLUENT进行了模拟仿

6、真。首先，在热源功率相同的条件下，对运用空冷散热器和水冷散热器的大功率LED阵列的温度场进行了仿真分析，并与微通道散热器的散热效果进行了比较，以说明微通道散热的优越效果。然后，仿真优化了所设计的微通道散热器的通道宽度和冷却液流速的大小。仿真结果表明：当散热器总尺寸固定时，在一定范围内，通道的宽度越小，散热面积越大，散热效率也就越高。但随着通道宽度的减小，冷却液的动力粘度会增加，导致流速减慢，影响散热效果。当散热器通道宽度为0．1mm，散热效果最好。对于冷却液流速，随着流速的增大，微通道散热器的温度分布云图的

7、最高温度明显下降，散热效果增强。但冷却液流速不可以无限的增大，因为冷却液流速越大，所需入口压力也会越大，微通道的沿程阻力损失也会增大。在实际应用中，还要考虑水泵能够提供的最大压力，当冷却水流速为lm／s时，散热器的散热效果最好。当微通道宽度为0．1mm，冷却水流速为lm／s时，仿真得到微通道散热器的最低热阻可达O．019W／。C。最后，针对大功率LED阵列表面温度分布不均匀的现象，本文提出采用变通道宽度的微通道散热器，并对其进行了温度场分布的仿真分析。仿真结果表明，此方法有效i解决了大功率LED阵列中央部位

8、温度远高于边缘温度的问题，使温度分布趋于均匀。关键词：大功率LED阵列，微通道散热器，热阻，FLUENT软件，仿真分析RESEARCHANDANALYSIS0NHEAT．RELEASETECHNoLOGYOFHIGH．PoⅥ咀RLEDARRAYABSTRACTAsanewgenerationofsemiconductorlightsource，High-powerwhitelightLEDarrayhasbeen