大功率LED照明装置微热管散热的新型平板设计.docVIP

一种新型平板式大功率LED照明装置微热管散热方案

设计了一种新型的带有百叶窗的平板式大功率发光二极管(LED)照明装置。该装置采用高导热系数的铝基板作为多颗大功率LED的散热电路板，用0.4mm的铝片作为散热翅片，结合沟槽式微热管构成集发光与散热一体化的输入功率为

21W的照明模组，该模组可根据照明亮度规定重构成不一样功率的照明装置。

1引言

与在道路照明中使用量最大的高压钠灯相比，大功率LED作为照明装置具有色温可选、发光效率高、无需高压、超高亮度、显色性高及长寿命等优势。散热问题是限制大功率LED照明应用的最大障碍。通过研究了硅基多芯片的封装新措施，找到一种可以有效减少热阻的用于LED封装的金属粘结措施。即用竖直的碳纳米管作为粘结材料直接粘结在铝基板上，生长的碳纳米管作为热边界材料，得到了很好的散热效果。并开发了一种新型热沉来实现大功率LED的冷却。还提出了一种LED的热管散热模型，结点温度和热阻都得到了较大的减少。研究

了将LED粘结在微热管上的散热性能，微热管能使芯片温度减少更多。

运用动态电学测试措施测量大功率LED热阻和结温的原理、试验装置、测量环节和影响测试成果的原因。针对运用有限元模拟分析了工作过程中的温度和热应力分布，并测试了实际器件表面特性点的温度变化。设计了大功率LED阵列封装的微通道冷却构造，探讨了各参数对LED多芯片散热效果的影响。研究了微喷射流的大功率LED积极散热方案，实现大功率LED芯片组的高效散热。采

用有限体积数值模拟、瞬态热阻测试措施以及热沉温度-峰值波长变化的关系，

(b)pinsscrewAl-basedPCBLEDAlextnsinpipeWeeQoe维库

(b)

pins

screw

Al-basedPCB

LED

Alextnsin

pipe

WeeQoe维库

copperheat

构造的回路热管，并建立了其性能测试试验装置。

目前，国内外的研究多集中在LED热阻、结温测量及运用封装措施减少热阻等方面。本文针对大功率LED的照明应用需求，提出了一种集成微热管的新型百叶窗式的大功率LED照明装置模块化构造设计方案，并对其散热性能

进行模拟分析和试验研究。

2大功率LED照明装置模块化构造

图1(a)为大功率LED照明装置构造及散热风道示意图。照明装置采用模块化的设计措施，每排LED都是1个照明模组，可以单独使用，总共由7个模组构成，如图1(b)所示。照明装置分前舱和后舱两部分，前舱装有LED及电源，设计成全密封构造；后舱安装散热模块，左右及下壁面开有散热用百叶窗构造。翅片自然对流散热的风道通过优化设计，风可以从照明装置翅片舱的任意一侧流入，从另一侧流出，同步翅片的上表层也可以和周围的空气进行对流散热。LED照明装置构造的整体尺寸为328mm×480mm×84mm,模块的基座尺寸为22mm×205mm,微热管直径为6mm,单片翅片的尺寸为35mm×66mm×0.4mm,翅片

间距为3mm。

(a)

(a)

ndt

forecabin

backcabin

图1LED照明装置及模组示意图。(a)LED照明装置构造及散热风道；(b)照

明与散热一体化的模组构造。

在每个照明模组中，LED阵列焊接在铝基电路板上，铝基电路板下面由挤压铝型材板作为支撑。微热管一端与铝型材板下表面半圆孔运用过渡配合方式进行固定；此外一端套装上铝翅片并焊接牢固，为了减小接触热阻，它们之间采用高

导热焊料焊接。铝基电路板和挤压铝型材采用螺钉连接，中间涂有硅胶。

LED照明装置通电运行后，LED产生的热量通过微热管的一端吸取，运送到翅片端，热量通过翅片的热传导和自然对流，最终被空气带走。微热管具有很高的导热率，可以及时将LED产生的热量导出，防止芯片结温过度升高；采用厚度为0.4mm的薄铝片来加强对流散热，比一般的铝基挤压型材热沉具有更大的散热面积、更轻的质量及更好的散热风道。此照明装置运用模块化设计，具有可重构特性。散热系统采用自然对流散热，不需要额外的驱动，因此构造简朴、灵活

且成本低廉。

3散热量的理论计算

单个LED照明模组中微热管散热器的最大传热能力可按描述对流传热的牛

顿冷却公式写为

QmaAAt

式中Q为热管散热器的总传热量，单位为W;a为散热器的总传热系数，

单位为W/(m2·K);A为散热器的基准散热面积，单位为m2;△t为热管基板表

面温度tb与散热片周围冷却气流温度tf的差，即△t=tb-tf,单位为℃。

从(1)式可以推导得到

式中R为当基准面积A为单位面积时，