大功率LED灯具散热装置的设计

采用APDL语言生成分析文件,建立了LED灯具热沉的有限元模型,以热沉翘片长度、宽度和数目为设计变量,以LED最高结温为目标函数,建立了优化数学模型,采用ANSYS热分析软件进行了优化。结果表明热沉翘片长度越长,芯片最高结温越低;翘片宽度越宽,芯片最高结温越高;随着翘片数目增加,最高结温下降,但到达一定数值时,结温又会缓慢增大。在LED芯片结温不超过60℃的条件下,对热沉结构的优化值分别为：翘片长度为62.5mm,翘片宽度为1mm,翘片数目为20。     

高功率密度紫外LED光源模块的液态金属散热系统

紫外LED光源具有十分广阔的市场应用空间,而提高紫外LED光源的功率密度是其性能优化的重要需求之一。散热问题是目前研究高功率密度紫外LED光源所面临的主要难题。本文提出了一个针对紫外LED光源模块进行散热的液态金属散热系统,并实验研究了其散热性能。采用液态金属散热系统,紫外LED光源模块的工作电流最高可达到122.1 A,功率密度达到939.9 W/cm~2,此时芯片结温仅为79.7℃,说明该液态金属散热系统具有十分优秀的散热性能。     

高功率密度紫外LED结温测量与仿真

散热性能的好坏决定了高功率密度紫外LED的辐射效率和寿命。其中结温是判断芯片热学性能的重要指标之一。本文设计了紫外LED的水冷系统,采用正向电压法和红外测温法测量了紫外LED芯片的结温以及基板温度,同时利用COMSOL进行实验系统仿真。结果表明,在电流20 A、水冷温度20℃时,单颗紫外LED芯片的输入功率为73.38 W,功率密度815.3 W/cm~2,结温70℃。仿真与实验结果相符。     

基于铜铝基板和热沉组合的LED散热性能的研究

大功率LED具有节能环保、发光效能高等诸多优点,但是散热问题制约了它的快速发展.本文针对CREE公司6W大功率LED芯片,测试其基于铜铝材料基板与热沉组合的散热性能、光电性能及热分布,从而对所涉及的材料和结构进行反馈改进,实现对LED芯片的基板与热沉的最优选择.通过对原理和实验结果的分析,得出黄铜的散热性能并不差,黄铜和铝的基板热沉混合组合其散热效果与性能表现要好于同种材料的组合,并指出提高LED散热能力的关键是散热结构与散热面积.     

LED模块/模组的结温测量研究

LED封装、模组以及终端产品LED灯和LED灯具的质量水平,例如发光量、色温等光性能,与LED内部芯片的结温高低密切相关。一般来说结温高,LED性能变差。因此,对于LED芯片企业和LED封装企业,了解LED芯片各层结构的热阻和COB-LED模组中各LED芯片的结温显得十分必要。同样,对于LED灯和LED灯具等终端产品企业,了解掌握LED芯片的结温也显得非常重要。目前现有的测量方法中多是非直接测量和计算,而影响LED结温测量的因素多,看不见、摸不着,导致对测量结果的定量可信度疑问,也就是对测量误差到底是多少心中无数。本文采用的测量方法是对LED封装的LED芯片结温和LED模组中各LED芯片的平均结温的敏感参数在实际的大工作电流下进行直接测量和分析。     

功率LED热特性分析

随着LED功率的升高,热应力对LED的影响越来越显著,过高的结温不但会使器件寿命急剧衰减,还会严重影响LED的峰值波长,光功率,光通量等诸多性能参数。因此精确掌握LED器件的温升规律便成为了提高设备工作可靠性和芯片结构设计的关键所在。本文通过标准电学法对不同颜色的1W功率LED及不同功率的GaN基白光LED的结温和热阻进行了测量,实验结果表明：同种结构LED的温度系数K虽然离散但比较接近,不同结构LED芯片K明显不同;在相同衬底材料,相同芯片结构条件下,LED芯片结温会随芯片功率的增大而升高。并首次进行了变电流下不同功率LED芯片的结温和热阻测量,发现无论功率大小,结温均随热电流的增大而上升,功率越大,上升幅度也越大。随着LED两端所加电流的增大,3W白光LED的热阻呈上升趋势,而1W白光LED的热阻随电流增加基本不变。     

烧结金属毡吸液芯平板热管传热特性试验研究

提出了一种使用烧结金属毡作为吸液芯的新型平板热管。搭建了该平板热管传热特性的测试系统,通过试验分析了该平板热管的启动性能、均温性能,以及热负荷、工作倾角等对该平板热管传热特性的影响。结果表明,该平板热管具有很强的散热能力,其当量导热系数可以达到壳体材料导热系数的11.2倍,且具有良好的均温特性。     

基于功率型LED散热技术的研究

散热制约了LED功率的进一步提高。本文在分析功率LED受热效应影响的基础上,从改进LED结构角度来解决散热问题。芯片采用倒装焊结构,可降低热阻,提高散热能力,对倒装焊结构的热能扩散途径进行了阐述,指出采用导热性能优良的封装材料是提高散热效率的重要途径。并对密封材料,键合材料,散热基板对散热的影响作了详细的分析,最后介绍了采用热沉散热的最新进展,并提出了今后的研究方向。     

高导热少胶云母带的应用及其对高压电机主绝缘温升的影响

通过测试比较多种高导热少胶云母带主绝缘结构的电绝缘性能和导热性能,并进行合理的仿真计算,分析主绝缘导热系数对温升的影响。结果表明:在其他材料工艺不变的前提下,使用高导热少胶云母带可有效提高主绝缘的导热系数。采用两台电机模型计算了不同导热系数下电机主绝缘的温升值,计算结果表明,随着主绝缘导热系数的提高,温升值明显降低。     

考虑多热源耦合的风电变流器IGBT模块结温评估模型

为了更准确地描述大功率风电机组变流器IGBT模块内并联芯片的结温,提出一种考虑多热源耦合影响的变流器功率模块结温评估改进模型。从实际2 MW双馈风电机组变流器IGBT模块内部结构和材料参数出发,利用有限元方法分析IGBT模块内多芯片的结温分布和稳态热耦合影响。引入等效耦合热阻抗概念,推导功率模块芯片间热阻抗关系矩阵,并建立考虑多芯片热源影响的IGBT模块改进热网络模型。以某H93-2MW双馈风电机组为例,对比分析了不同功率损耗下改进模型的芯片结温计算结果与有限元和常规热网络模型结果。结果表明了考虑多热源耦合影响的风电变流器功率模块内部芯片结温计算的必要性和有效性,且热耦合影响程度与不同的芯片间距密切相关,需重点关注非边缘位置芯片的热分布。     

螺旋柔性LED灯丝的光学和热学性能分析

本文提出了一种具有螺旋形状,可拉伸的LED灯丝。螺旋柔性LED灯丝采用倒装芯片,平面涂覆技术,改善了灯丝光强分布的均匀性。在散热方面,采用导热率好的合成塑料,在封泡过程中充入流动性强的氦气等降低结温;改变灯丝的不同拉升高度,发现在2 cm时,LED灯丝具有最佳的光学性能和热学性能,从而得到了最佳的螺旋柔性LED灯丝的制备工艺。     

用于大功率紫外LED的圆柱扰流散热器设计仿真

如何降低芯片结温成为大功率紫外LED应用的关键。本文提出了一种新型圆柱扰流水冷散热器，对光源模块进行高效热管理。采用COMSOL软件对散热系统进行热场和流场分析，分别从散热器盖板厚度、扰流柱直径、增加档板结构、流速设置四个方面进行优化仿真，有效改善流动均匀性、提高换热效果，将功率密度643 W/cm²的串联紫外LED光源模块的芯片结温由120℃降至95℃。     

一种考虑热扩散和热耦合的IGBT模块热阻抗模型

针对传统热等效电路模型对IGBT模块结温计算误差较大的问题,提出一种基于传热研究的IGBT模块等效热阻抗模型。通过对IGBT模块内部传热研究,以热流密度变化规律确定热扩散角,由此计算出热网络参数并建立改进的单芯片Cauer网络等效电路模型。然后在此基础上,考虑多芯片之间的热耦合效应,计算出自热热阻和耦合热阻并建立IGBT模块热阻抗矩阵,利用线性叠加原理可对各芯片的结温进行预测计算。最后,将等效热阻抗模型计算出的结温与有限元仿真值进行比较,验证了该模型的有效性与准确性。     

一种便于电源驱动控制的LED光电模型

根据LED电路等效模型和光、电、热相互作用原理,研究了LED正向电压U_d(T_j,I_d)数学模型。通过将结温T_j等温度变量转换为易于控制的电学量,得到以正向电压U_d与正向电流I_d为变量的LED发光系数η_(opt)(U_d,I_d)数学模型,和光通量φ(U_d,I_d)光电数学模型。通过对两种不同LED芯片的光学实验,验证了所提光电模型的正确性。     

方位角对LED圆筒太阳花散热器性能的影响

建立LED圆筒太阳花散热器模型,利用FLUENT对模型进行模拟计算,分析散热器的温度场,研究不同的应用方位角对LED圆筒太阳花散热器性能的影响。结果表明,在自然对流下,方位角为90°时,芯片结温最高,圆筒太阳花散热器的散热效果最差;方位角为0°～90°时,芯片结温呈上升趋势;方位角为90°～180°时,芯片结温呈下降趋势;方位角为180°时芯片结温最低,散热效果最佳,且芯片功率越大,散热器的方向效应越强。在强制对流下,风速对LED的结温有显著影响,且风速越大,结温下降效果越明显。     

大功率LED汽车前照明散热装置的设计与分析

伴随着LED制造工艺水平的不断提高,大功率自光LED逐渐应用于各类照日月领域。但是随着LED芯片工作时间的推移,其结温不断升高,导致LED芯片发光效率和可靠性不断降低,甚至失效。本文针对LED芯片发热严重的问题,运用PROE设计了三款90W汽车前照灯及散热装置;运用ANSYS分析软件分别对三种散热装置存自然对流和强制对流条件下进行热分析,通过对比最终确定采用强制对流均温饭式散热方案。对设计的前照灯进行实验测试,车前灯连续工作5个小时,测得LED芯片结温始终小于80℃,有效地解决了大功率LED汽车前照灯的散热问题。     

基于液态金属的高热流密度电力设备冷却实验研究

大功率电力设备的冷却方式成为制约电力设备集约化紧凑性的重要因素。常规水冷技术难以应对具有高热流密度的工况条件,而新兴的液态金属冷却技术具有解决该难题的潜力。为此,本文建立了基于液态金属的高热流密度电力设备冷却实验平台。在该平台基础上,开展了液态金属和水的对流换热系数和热导率对比实验。实验表明,在相同工况条件下,以液态金属替代水作为冷却介质,系统热阻可由0.033K/W降低至0.019K/W;若进一步以液态金属替代传统导热膏作为界面材料,则散热系统热阻可降低至0.014K/W。     

LED路灯散热器散热性能的数值模拟

提高LED散热性能是提高LED可靠性的关键技术之一。利用数值模拟的方法对大功率LED路灯散热器进行散热性能的研究。运用Ansys Icepak软件研究了LED散热器的翅片高度、厚度、间距对LED结温的影响,结合金属热强度指标对各几何参数进优化。优化后的LED散热器翅片的质量减少39.76%,而LED的结温为61.33℃,仍然在正常工作温度范围内。     

侧面送风冷却LED的热封装方法及其三维数值仿真研究

LED（Light Emitting Diode）芯片结温的高低直接影响其出光效率、工作寿命和可靠性。本文提出一种旨在确保LED在结温下安全、低噪音、稳定运行的侧面出风封装新方法。建立了该方法的三维传热学模型,研究了不同风压和不同LED芯片功率对其温度的影响。数值仿真结果表明：新型散热方法能够有效地冷却大功率LED,比如能使40W LED在120Pa风压,27℃环境温度时温升仅为15℃;LED芯片的平均温度与其整个模块的功率呈线性增长关系;在使用该系统对LED进行冷却时,应平衡好LED芯片温度、风机功耗、系统尺寸的关系,并合理地选取进风口处风压。     

基于内置温度传感器的碳化硅功率模块结温在线提取方法

碳化硅(SiC)MOSFET具有耐压高、开关速度快、导通损耗低等优点,将越来越广泛地应用于高效、高功率密度场合.在这些应用场合中,SiC MOSFET面临着严峻的可靠性考验,而结温的在线准确提取是实现器件寿命预测和可靠性评估的重要基础.该文提出一种基于功率模块内置负温度系数(NTC)温度传感器的器件结温在线提取方法.首先建立考虑多芯片热耦合效应的内置温度传感器至功率芯片的热网络模型,并建立SiC MOSFET的损耗快速计算方法;通过有限元仿真提取热网络模型的阻抗参数,并验证该热网络参数在不同边界条件下的稳定性.仿真和实验结果表明,所提出的结温在线估计方法能够准确地获得器件的动态结温,且热网络模型参数不受环境温度、散热条件等边界条件变化的影响,适用于实际任务剖面下的结温监测与寿命预测.