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大功率LED太阳花相变散热器数值优化研究
第14卷 第2期 广州大学学报(自然科学版) Vol.14 No.2
2015年 4月 JournalofGuangzhouUniversity(NaturalScienceEdition) Apr. 2015
文章编号:16714229(2015)02006105
大功率 LED太阳花相变散热器数值优化研究
向建化,张春良,陈 胜,周 超,陈从桂
(广州大学 机械与电气工程学院,广东 广州 510006)
摘 要:随着LED芯片单颗功率和封装集成度的提高,散热问题已成为大功率LED迫切需要解决的问题.文
章提出了一种基于相变传热的一体化大功率LED太阳花散热器,利用正交实验和模拟仿真相结合的方法对太
阳花散热器进行了优化,分析了中心孔直径和翅片参数的改变对散热器性能的影响.将数值模拟的结果与实测
值进行了对比,结果表明:散热器的热性能影响因素从主到次为翅片厚度,数目,高度,中心孔直径,最佳方案最
高温度降低了594℃,优化后的散热器能够满足200W以上集成LED灯的散热要求.
关键词:大功率LED;太阳花散热器;数值优化;正交试验
中图分类号:TG501.1 文献标志码:A
随着大功率LED向高集成度和高功率方向发 间距、翅片厚度和LED基板材料等参数在不同放
展,阻碍大功率LED进一步发展的热控制问题也 置角度下进行了数值模拟,结果显示,当铝质翅片
日益受到广泛关注.大功率LED芯片的热流密度 厚度为 11mm,间距为75mm,高度为 31mm
-2 [1]
已达到200W·cm 以上 ,散热不良使得 LED 时,散热器呈90°放置可实现LED结温在75℃以
芯片温度过高,导致LED各方面的性能均出现衰 下,蒸汽腔的散热能力优于铝质PCB板,模拟结果
减,甚至烧毁.传统的大功率LED系统散热一般是 [5]
和实验结果保持了较好的一致性.CHENG等 利
利用铝质、铜质或复合材料制造的实体散热器,由 用有限元分析法对PCB基板上的整体式多翅片散
于存在较大的扩散热阻导致散热效率低下,已难以 热器在强制对流条件下的情况进行了分析,结果
表明,在没有风扇和翅片的条件下,
满足功率日益增大的LED散热需求.相变传热与传 1WLED阵列
[2]
统金属传热相比,传热性能可增强10倍以上 ,目 的结温达到了12391℃,当采用强制对流冷却后,
前已广泛应用于微电子和光电子领域的散热. 结温降低到了8238℃,散热效果得到了改善.
实体铝质金属散热器和相变传热技术应用于 [6]
KIM 利用热管对大功率 LED阵列进行系统散
[7]
大功率LED系统散热已被很多研究者关注,但实 热.LIU 提出了一种基于封闭微喷射流的高功率
体铝质散热器与相变散热器相比,传热功率较低, LED主动散热方案并进行了模拟优化.
热阻较大,适合较低功率的LED灯,但随着 LED 本文提出将相变传热与翅片散热有机结合在
功率的增大,采用相变传热技术作为大功率 LED 太阳花散热器结构中,使得相变腔体的工质在汽
[2] [3] 化-冷凝循环过程中吸热和放热实现高效传热,
系统散热成为趋势 .BLADIMIR 使用3D模型
模拟了一种微喷射和微通道水冷板对LED的冷却
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