戶外LED照明系統(tǒng)的散熱分析與設(shè)計(jì).pdf

1、在能源日益緊張的今天，新型冷光源 LED正以高效率、節(jié)能環(huán)保和壽命長等優(yōu)勢脫穎而出。以大功率 LED為光源的照明系統(tǒng)不僅可以大幅度節(jié)約能源，還可以縮短響應(yīng)時(shí)間，因此大功率 LED被人們視為可以替代白熾燈和熒光燈的第四代光源。隨著科技的不斷進(jìn)步， LED自身光通量的提升和散熱問題成了阻礙大功率LED燈具推廣和普及的兩個關(guān)鍵性問題。當(dāng)芯片的亮度不斷提高的同時(shí)，芯片所承受的溫度也在不斷提高，過高的溫度會使大功率 LED照明系統(tǒng)使用壽命縮短甚至

2、失效。本文就是為了解決由大功率 LED照明系統(tǒng)散熱困難而引起的亮度降低和使用壽命縮短等問題，對大功率 LED燈具散熱系統(tǒng)進(jìn)行了深入研究和優(yōu)化設(shè)計(jì)。
　　首先本文從 LED的國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀入手，探討了 LED產(chǎn)業(yè)和LED技術(shù)的發(fā)展歷程，及各自領(lǐng)域中的重大科研成果和目前面臨的瓶頸問題。然后深入到理論層面，對 LED的發(fā)光原理進(jìn)行了全面的總結(jié)，逐步分析了發(fā)光二極管的光學(xué)特性和熱學(xué)特性，并著重分析了LED的結(jié)溫和熱阻、相關(guān)熱學(xué)模型、目前主

3、流散熱方式和翅片效率。
　　其次本文在理論剖析的基礎(chǔ)上，與江蘇某公司共同合作試制了四款具有相同光源和不同散熱結(jié)構(gòu)的大功率 LED洗墻燈。采用的研究方法主要有：1、對已開發(fā)的大功率LED燈具進(jìn)行調(diào)試，在恒定室溫下調(diào)試燈具溫度，檢測其散熱效果；2、利用Solidworks軟件進(jìn)行三維建模，將建好的方案導(dǎo)入flow simulation模擬軟件后進(jìn)行仿真。多次改變參數(shù)模擬并對比，得到 LED燈具的散熱表面積、翅片效率、單位功耗面積與LE

4、D結(jié)溫。通過對四款大功率LED燈具的熱阻計(jì)算，得到熱阻與芯片溫度間的關(guān)系。
　　再次本文在仿真數(shù)值可近似反映實(shí)際溫度分布情況和影響散熱效果因素的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了翅片對流散熱的散熱器結(jié)構(gòu)。并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行一系列試驗(yàn)和正交試驗(yàn)以對散熱器結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。通過試驗(yàn)結(jié)果分析得出：散熱器翅片結(jié)構(gòu)及幾何參數(shù)對散熱器散熱性能影響很大，散熱表面積和翅片效率是衡量散熱器散熱性能的重要指標(biāo)；選用熱導(dǎo)率高的材料可以有效降低芯片溫度，尤其是粘結(jié)層材料，可以

5、使芯片溫度明顯降低。在此基礎(chǔ)上本文還介紹了加裝熱管、加裝風(fēng)扇和采用均溫板的散熱方案，均可有效的降低芯片溫度，并提出了可行性建議。
　　最后還針對燈具的戶外使用環(huán)境，對其進(jìn)行了防水密封設(shè)計(jì)，主要采用材料防水和結(jié)構(gòu)防水兩種措施，對 LED燈具所需防水處進(jìn)行防水設(shè)計(jì)。
　　本文最終得出結(jié)論：理論分析和仿真分析測量表明，計(jì)算機(jī)模擬仿真可以較為真實(shí)的反映 LED燈具實(shí)際溫度分布情況。在大功率LED燈具散熱系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中，除了改善材料本