大功率LED散热回路热管的实验研究

大功率LED热问题是制约大功率 LED的稳定性、可靠性和寿命的技术瓶颈之一,有效的低热阻封装LED热设计是提高LE D性能的关键。本文提 出一种应用于大功率LED散热的铜-水回路热管(LHP),研究了加热方 式、充液率、风压和倾角 等对LHP均温性、起动性和热阻等的影响。研究结果表明:在输入功率为30W时,LHP的启动时间约为 6.5min;热阻范围为0.48～1.62K/W;在热 负荷为30W时,蒸发器的温度可以稳定控制在75℃以下;蒸发器表 面均温差被控制在1.6℃以下;LHP的最佳的充液率为60%;冷凝器侧 风压在一定范围内(小于130Pa)时,冷凝器侧风压力越大,LED产 品的散热性能越好。     

用于大功率LED冷却的热管散热器的实验研究

提出了一种将大功率发光二极管(LED)散热和热管传热相结合的用于大功率LED冷却的热管散热器新概念,并对设计出的热管散热器的传热性能和整体的均温性进行了试验研究.试验结果表明,热管散热器的热阻在0.21～2.6 K/W,且整个散热器具有均匀的温度分布.与当前的LED散热器相比,这种结构的热管散热器具有散热效率高、结构紧凑、热阻小、重量轻、成本低等特点,可以满足未来大功率LED散热的要求.     

基于热管散热的人功率LED热特性测量与分析

提出了一种新型结构的同路热管,建立了回路热管性能测试试验装置.在相同的测试条件下,研究了热负荷、倾角等对回路热管的起动特性和均温特性、热阻等传热性能的影响.试验结果表明,热管散热器的热阻在0.21 K/W～2.6 K/W之间,且整个散热器具有均匀的温度分布.与当前的LED散热器相比,这种结构的热管散热器具有散热效率高、结构紧凑、加工方便、热阻小、重量轻、成本低等特点,可以满足大功率LED散热的要求.     

并行多通道大功率LED回路热管散热器

为解决大功率LED散热问题,构造了一种一体化并 行多通道大功率LED回路热管散热器。利用水作为工质,在不同加热功率、不同倾斜角以及 不同充液比条件下对该新结构热管散热器的热性 能进行了研究。结果表明,这种新结构热管散热器不仅能使散热器上下底板处于均温状态, 而且当芯片加 热功率达到200W时,芯片加热面中心最高温度不超过71.8℃;倾斜角度对热管换热性能影响不大;在一 定加热功率范围内,新结构热管散热器的热阻随加热功率的增大而减小,当芯片加热功率达 到240W时, 热阻最小,最小可达0.19K/W。构造的一体化并行多通道大功率LED 回路热管散热器具有很好的传热性能,并提高了承载高热流密度的能力。     

大功率LED排式热管散热器的开发及性能研究

开发了一种应用于大功率LED散热的排式热管散热器。在大空间自然对流冷却环境中,分别在0°、30°、60°、90°放置条件下对其启动性能、均温特性、散热性能进行了试验研究。试验结果表明:散热器启动性能良好,启动时间约为67min;在输入功率为30～70W的范围内,热源表面中心点温度不超过75℃;各倾角下散热器均具有较低的总热阻及扩散热阻,0°放置时总热阻最小。基于试验所得结果,通过计算LED结温论证了排式热管散热器在各倾角条件下均可满足热输出70W以下大功率LED散热的需求。     

一种回路热管对大功率LED散热的研究

针对大功率LED散热能力较其它照明灯具差这一问题,研制了一种应用在多芯片大功率LED散热上的回路热管装置,并研究了热负荷、倾角等对热管的起动性、均温性和热阻等的影响。试验结果表明,所设计的热管散热器的热阻在0.48～1.47K/W之间;在蒸发器倾斜角为0°和30°时,蒸发器的均温性分别被控制在1.5℃和4.3℃以内。因此,将这种结构的热管应用在大功率LED散热系统中时,首先应该对蒸发器倾斜角度对系统散热性能的影响进行测试评估。     

大功率LED冷却用平板热管散热器的实验研究

对一种新型平板热管散热器冷却大功率LED芯片阵列进行实验研究。在自然对流冷却条件下,分析了平板热管散热器的启动特性、均温特性以及通电电流、倾角对其传热性能的影响。利用热电转换方法得到LED芯片的结温变化。实验结果表明:平板热管散热器的总热阻在0.3053～0.3425℃/W间,且散热器整体温度分布均匀合理,具有很强的散热能力;LED结温在47.9～59.0℃间,远低于110℃。     

基于平板热管的大功率LED散热系统模拟及优化

为解决大功率LED的散热问题,设计了平板热管散热器来实现LED芯片的高效散热。通过Flotherm模拟软件,对大功率LED在自然对流条件下的散热情况进行了三维数值模拟。通过平板热管与常规铜、铝散热基板对比,发现平板热管有效降低了大功率功率LED的结温和热阻,使得LED温度分布更为均匀。此外,还研究了平板热管LED散热系统在不同芯片功率下的热性能,并对四种不同排布方式的LED平板热管散热系统进行了优化,发现阵列分布其温度分布最为均匀,结温最低,是较优的排布方式。     

适用于大功率光电芯片散热的一体化平板热管

为解决大功率光电芯片散热问题,构造了一种新结构一体化平板热管。利用超轻多孔泡沫金属作为毛细吸液芯,以水、丙酮和乙醇为工质,在不同充液比、加热功率和倾角条件下对新结构热管的热性能进行了研究,结果表明,这种新结构平板热管不仅消除了热管与散热片间的接触热阻,而且使整个散热翅片也处于均温状态,当功率达到380W、热流密度超过445 W/cm2时,热管仍具有较好的均温特性,且热阻较小,可达0.04℃/W。在3种工质中,水是最佳工质选择,且当充液比为30%时具有较好的效果。实验表明,以泡沫金属为吸液芯的新结构一体化平板热管具有很好的传热性能,并扩展了承载大热流密度的能力。     

大功率倒装单片集成LED芯片的自隔离散热技术

提出采用 自隔离散热技术解决大功率倒装单片集成LED芯片散热与绝缘之间的矛盾问题.基于自隔离散热技术原理,利用微纳加工技术,通过在AlN陶瓷基板上生长隔离金属岛制备自隔离散热基板.采用多胞串并联网络结构设计大功率倒装单片集成LED芯片,芯片尺寸为1.5 mmx4.5 mm.在200 mA的驱动电流下,大功率倒装单片集成LED芯片的正向电压为8.3 V,反向漏电流小于100 nA.当输入电流为2 A时,大功率倒装单片集成LED芯片的输入功率为20W,其最大光输出功率为8.3 W,插墙效率为42.08％,峰值热阻约为1.23 K/W,平均热阻约为1.17 K/W.     

Thermal analysis of high power LED package with heat pipe heat sink

The goal of this study is to improve the thermal characteristics of high power LED (light-emitting diode) package using a flat heat pipe (FHP). The heat-release characteristics of high power LED package are analyzed and a novel flat heat pipe (FHP) cooling device for high power LED is developed. The thermal capabilities, including startup performance, temperature uniformity and thermal resistance of high power LED package with flat heat pipe heat sink have been investigated experimentally. The obtained results indicate that the junction temperature of LED is about 52 °C for the input power of 3 W, and correspondingly the total thermal resistance of LED system is 8.8 K/W. The impact of the different filling rates and inclination angles of the heat pipe to the heat transfer performance of the heat pipe should be evaluated before such a structure of heat pipe cooling system is used to cool high power LED system.     

回路热管换热性能的实验研究

为研究回路热管(LHP)的换热性能,制作了简单的回路热管换热性能测试装置。采用不锈钢为回路热管的材料,500目铜丝网为吸液芯,实验研究了回路热管不同功率下对启动时间和热管热阻的影响。研究结果表明,回路热管的功率增大,启动时间越短,热阻也相应的减小;同时,回路热管冷凝器入口和储液室入口的温度在LHP启动后,会呈现相反的温度波动。研究结果为回路热管散热器的应用提供了理论依据和方便的测试手段。     

LED筒灯复合结构热管散热器的数值模拟

为解决LED筒灯使用单纯自然对流散热扩散热阻过大、温度分布不均的问题,提出一种基于平板热管和热虹吸管的复合结构热管散热器,并用数值模拟的方法研究了热功率、翅片高度、翅片数目、辐射换热对该散热器性能的影响。模拟结果表明应用于LED筒灯的复合结构热管散热器的热阻随着热功率的增加而减小,翅片高度和翅片数目存在一个最优值,使得散热器温度和热阻最小,自然对流情况下不可忽视辐射换热的作用。     

充液量对回路热管性能的影响

实验研究了以Cu粉烧结块为吸液芯、Al制太阳花散热器为冷凝器的回路热管(LHP)在不同充液率条件下充入工质为无水乙醇后的启动、温度波动以及热阻等传热性能。Cu粉烧结块吸液芯相对丝网吸收层可以产生更大的毛细力,Al制太阳花散热器可以使整个LHP更轻便,利于不同安装场合的应用。研究结果表明:1)LHP的启动受热负荷大小和充液率共同作用;2)温度波动随功率的增加而变得平缓,而随着充液率的增加,温度波动频率却有所上升;3)充液率影响LHP的热阻变化,最佳充液率为60%。     

Phase-change immersion cooling high power light emitting diodes and heat transfer improvement

A new cooling method of ethanol direct-contact phase-change immersion cooling was proposed in the thermal management of high power light emitting diodes (LED) and the feasibility of this cooling method was investigated. The heat generated by LED was measured firstly using two types of power systems: DC power and LED driver. Then the heat dissipation performance was evaluated under different experimental conditions. The results indicate that startup process of the cooling system is quick and only 450 s is needed to reach steady-state under heat load of 42.78 W. The minimum thermal resistance of 1.233 °C/W is obtained when liquid filling ratio is 33.14%. The junction temperature of LED under different absolute pressures is much lower than the limited value of 120 °C. Baffle with total height of 140 mm, bottom space height of 20 mm and distance away from substrate surface of LED of 8 mm improves heat transfer performance best due to ethanol self-circulating in the cooling receiver. Overall, the ethanol phase-change immersion cooling is an effective way to make sure high power LED work reliably and high efficiently.     

Experimental study on high-power LEDs integrated with micro heat pipe

Micro heat pipe (MHP) is applied to implement the efficient heat transfer of light emitting diode (LED) device. The fabrication of MHP is based on micro-electro-mechanical-system (MEMS) technique, 15 micro grooves were etched on one side of silicon (Si) substrate, which was then packaged with aluminum heat sink to form an MHP. On the other side of Si substrate, three LED chips were fixed by die bonding. Then experiments were performed to study the thermal performance of this LED device. The results show that the LED device with higher filling ratio is better when the input power is 1.0 W; with the increase of input power, the optimum filling ratio changes from 30% to 48%, and the time reaching stable state is reduced; when the input power is equal to 2.5 W, only the LED device with filling ratio of 48% can work normally. So integrating MHP into high-power LED device can implement the effective control of junction temperature.