大功率LED陣列散熱技術(shù)分析研究.pdf

1、功率型白光LED作為新一代半導(dǎo)體照明光源，具有壽命長、能耗低等優(yōu)點，正日益受到廣泛的關(guān)注及研究。目前，對于大功率LED陣列，其熱流密度已達(dá)到100W/cm2，但它只能將約20％的電能轉(zhuǎn)化為光能，剩下80％的能量都轉(zhuǎn)化為了熱能。若不能及時有效地消除這些熱量，將會導(dǎo)致LED結(jié)溫升高，降低PN結(jié)發(fā)射出的光子數(shù)量，減小發(fā)光效率，并對白光LED的色溫、色度產(chǎn)生重要影響，影響光源質(zhì)量，加速器件老化，縮短使用壽命。因此，散熱成為大功率LED陣列急需解

2、決的重要問題。
　　本論文對大功率LED陣列的散熱技術(shù)進(jìn)行了分析和研究，設(shè)計了基于液態(tài)冷卻的微通道散熱器，并對其結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化分析和仿真。根據(jù)熱阻的物理意義，由傳熱學(xué)和流體力學(xué)的理論知識推導(dǎo)出了熱阻與微通道散熱器通道寬度、冷卻液流速的關(guān)系式，在此基礎(chǔ)上，通過理論優(yōu)化和MATLAB仿真分析，得出了通道寬度、冷卻液流速的最優(yōu)值，從而提高微通道散熱器的散熱效率。
　　由于理論分析采用的是簡化解析模型，為了能夠較準(zhǔn)確直觀地表征微通道

3、散熱器的散熱性能，本文采用計算流體力學(xué)軟件FLUENT進(jìn)行了模擬仿真。首先，在熱源功率相同的條件下，對運用空冷散熱器和水冷散熱器的大功率LED陣列的溫度場進(jìn)行了仿真分析，并與微通道散熱器的散熱效果進(jìn)行了比較，以說明微通道散熱的優(yōu)越效果。然后，仿真優(yōu)化了所設(shè)計的微通道散熱器的通道寬度和冷卻液流速的大小。仿真結(jié)果表明:當(dāng)散熱器總尺寸固定時，在一定范圍內(nèi)，通道的寬度越小，散熱面積越大，散熱效率也就越高。但隨著通道寬度的減小，冷卻液的動力粘度會

4、增加，導(dǎo)致流速減慢，影響散熱效果。當(dāng)散熱器通道寬度為0.1mm，散熱效果最好。對于冷卻液流速，隨著流速的增大，微通道散熱器的溫度分布云圖的最高溫度明顯下降，散熱效果增強(qiáng)。但冷卻液流速不可以無限的增大，因為冷卻液流速越大，所需入口壓力也會越大，微通道的沿程阻力損失也會增大。在實際應(yīng)用中，還要考慮水泵能夠提供的最大壓力，當(dāng)冷卻水流速為1m/s時，散熱器的散熱效果最好。當(dāng)微通道寬度為0.1mm，冷卻水流速為1m/s時，仿真得到微通道散熱器的最