VDMOS过温保护功能的实现

提出一种内部集成过温保护功能的VDMOS器件。对传统过温保护原理进行了分析,在此基础上,提出了一种适用于功率器件过温保护的改进电路结构。仿真结果表明,该器件在温度超过174℃时实现自关断,在温度降回142℃时实现自重启。该温度迟滞功能可有效防止热振荡。     

真空热环境下不同涂覆层光纤传输损耗特性影响研究

为满足光纤光栅传感技术在高真空热环境下的应用,分析了丙烯酸酯和聚酰亚胺2种不同涂覆层单模紧套光纤作为传输光纤,在高真空热环境下对FBG峰值功率的影响,并进行了实验验证。首先,设计了高真空热环境下传输光纤等效模型;接着,设计了不同涂覆层光纤传输损耗特性影响实验方案,搭建了硬件在环检测平台;最后,进行了实验验证,探索了在高真空热环境条件下,不同涂覆层单模传输光纤随着温度、真空度变化对FBG反射谱功率峰值影响规律。实验结果表明:真空度从常压降至10-4 Pa水平再恢复至常压,丙烯酸酯和聚酰亚胺2种不同涂覆层单模传输光纤温度从常温降至-196℃再恢复至常温,历经224 h,FBG反射谱功率峰值均不发生变化,为光纤传感技术在高真空（压力约为10-4 Pa水平）、热环境（-196~25℃循环）中应用提供理论及实验依据。     

大功率发光二极管的热管理及其散热设计

对大功率发光二极管的散热路径及其相应的热阻进行了分析和计算。利用商业计算流体力学软件对大功率发光二极管进行热流分析及散热优化设计。理论计算结果表明,PN结到环境之间的总热阻为28.67℃/W;当LED耗散功率为1 W、环境温度为25℃时,结温为53.67℃。模拟结果显示,在同样工作条件下,大功率发光二极管的结温为54.85℃,与理论计算结果相吻合。当散热面积达到一定值时,散热效果基本不变。因此,从降低产品成本出发,散热器的面积有一限值范围。当散热器的鳍片垂直向左时,空气流体流向上无阻碍,其散热效果最好,结温最低。     

镱铒共掺光纤放大器真空下温度对增益的影响

理论分析了光纤放大器的增益与掺杂光纤发射截面和吸收截面的关系,真空环境下的光纤放大器的散热性能。实验表明,真空环境下,输入光信号为1550 nm的情况下,增益以0.0076 d B/℃变化,真空55℃工作5 min,散热措施能使镱铒共掺光纤温度从106℃下降至76℃,输出功率在波动小于10 m W。     

应用石墨片导热层压封装COB LED光源及其热性能

研究了加石墨片导热层的层压封装COB LED光源的热性能和水下环境运行的可靠性。采用COB技术制备了COB LED光源,并在COB LED光源和平面铝基板散热器之间加石墨片进行真空层压封装,然后对层压封装的COB LED光源模组进行了光谱和热性能实验。在900 mA恒流驱动条件下,测得COB LED光源的电压温度系数为-0.3 mV/K;对石墨片导热层层压封装的COB LED光源模组和未加石墨片的模组在水温25℃水环境下进行了运行对比实验,结果发现运行结温分别为49.28℃和63.67℃。实验结果表明,层压封装COB LED光源用石墨片导热层能有效降低运行结温,并适合在常温水下照明应用。     

LED简灯热管散热器的试验研究及性能评价

为获得基于自然对流的异型热管散热器用于LED筒灯的工作性能,研制了热管散热器试验件,并进行了试验研究。结果表明：热管散热器启动性能良好,启动时间约为33min;散热器具有较好的均温性能,40W时蒸发面最大温差为4．7℃;在试验条件下,热源表面最高温度不超过70℃;加热功率对接触热阻、扩散热阻和热管热阻基本无影响,而翅片换热热阻随加热功率的增加而减小。基于试验所得结果,并通过热阻网络分析,论证了异型热管散热器可满足LED筒灯散热的需求。     

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。     

基于Arrhenius模型快速评价功率VDMOS可靠性

基于Arrhenius模型,对功率器件垂直导电双扩散(VDMOS)场效应晶体管的可靠性进行了评价,并对其主要失效机理进行了分析.通过样管在不同结温下的恒定温度应力加速寿命实验,利用Arrhenius方程和最好线性无偏差估计法(BLUE)对结果进行数据处理,得到其失效激活能E=0.54 eV,在偏置VDs=7.5 V,IDs=0.8 A,推导出功率VDMOS在室温下工作的寿命特征值为3.67×106 h.失效分析发现,栅极累积失效是影响功率VDMOS漏源电流,IDs退化的主要失效机理.     

一种高效功放散热器的设计

针对某型功率固态功放分机功耗大、热流密度高和工作温度高的特点,对其热传递路径以及影响因素进行了分析,提出了一种内嵌VC均温板且热管贯穿肋片的高效散热器设计方案,并进行了仿真计算,论述了高效散热器制作的工艺流程并加工了产品样件。测试结果表明,与原方案相比,在单个功率管热功耗70 W,整机热功耗2 240 W的条件下,功率管温度最高下降了15.5℃,满足了使用要求,提高了产品的可靠性。     

大气及真空条件下玻璃激光焊接对比

为了验证真空环境对玻璃激光焊接气孔形成的影响,采用在大气及真空条件下进行玻璃激光焊接对比试验的方法,对两种条件下气孔率随激光功率的变化及玻璃料向两端扩展的程度进行了理论分析和实验验证.结果表明,气孔的成因不仅是玻璃料中残存的气体,功率提高至45W后,不稳定成分的升华与分解产生了更多气体,进一步提高了气孔率;真空条件对焊...     

一种高功率LED射灯的散热设计与实验研究

以一款MR16 LED射灯为模型,采用ANSYS有限元软件进行热分析。以散热器翅片保持60℃为标准,通过实验与仿真相结合的方法,分析了LED射灯的热流功率、散热器基座厚度、LED芯片间距、对流面积对整个系统散热性能的影响。结果表明,散热器对流面积是影响灯具散热性能的最重要因素;对一定的散热器,存在一个有效的最大芯片输入功率。现有MR16 LED射灯的散热器最大散热功率只能达到2.5 W左右,要使散热功率增大并且发挥散热器最佳性能,必须增加散热器的对流面积。对该结构散热器散热性能的定量研究对今后高功率LED灯具的生产具有一定的指导意义。     

Thermal analysis and test for single concentrator solar cells

A thermal model for concentrator solar cells based on energy conservation principles was designed.Under 400X concentration with no cooling aid,the cell temperature would get up to about 1200℃.Metal plates were used as heat sinks for cooling the system,which remarkably reduce the cell temperature.For a fixed concentration ratio,the cell temperature reduced as the heat sink area increased.In order to keep the cell at a constant temperature,the heat sink area needs to increase linearly as a function of the concentration ratio.GaInP/GaAs/Ge triple-junction solar cells were fabricated to verify the model.A cell temperature of 37℃ was measured when using a heat sink at 400X concentratration.     

VDMOS器件贴片工艺中气泡的形成机制与影响

功率MOS管的封装贴片工艺会在贴片层中引入气泡,从而严重降低器件的机械性能、热性能和电学性能.本研究就VDMOS管D-PAK封装模式,给出了贴片工艺中气泡的产生机制及其影响,并利用FEA方法建立了其D-PAK封装的热学模型.根据模拟结果,在贴片层中气泡含量提高时,热阻会急剧增大而降低器件的散热性能.     

不同环境中翅片散热器性能的仿真研究

通过理论分析和仿真计算相结合的方法,以VD-MOS高热流器件的散热器为冷却对象,分别在大气环境和真空环境中建立了翅片散热器的数学物理模型,应用FLUENT公司的Icepak电子热设计分析软件对不同参数下的翅片散热器在两种环境中的性能进行了数值模拟,分别得到了翅片高度、翅片间距、翅片个数以及散热器的安装方位等多个参数对散热器散热性能的影响规律,并通过对比分析得到了真空和大气环境中的不同影响规律和最优结构参数.     

应用于大功率LED器件的回路热管散热研究

为解决大功率LED的散热问题,提出一种应用于大功率LED散热的微型回路热管,研究了充液率和倾斜角度对热管冷却大功率LED的启动性能、结温和热阻等特性的影响.研究结果表明:热管的最佳充液率为60％,系统的总热阻为7.5 K/W,此时对应的热管的热阻为1.6 K/W;热管的启动时间约为6.5 min,LED的结点温度被控制在42℃以下,很好地满足了大功率LED的结温稳定性要求.     

金刚石复合热沉面发射激光器面阵热特性研究

通过设计基于金刚石微槽结构的复合热沉,利用不同材料的热导率差异改变热流传导方向,以优化垂直腔面发射半导体激光器(VCSEL)面阵由于温度分布不均匀导致的中心热量堆积的问题,从而改善激光器面阵整体的输出功率,提高可靠性。基于有限元分析法建立三维热电耦合模型,研究了VCSEL面阵单元排布方式对激光器热串扰效应的影响,同时还研究分析了金刚石复合热沉中微槽形状和位置的变化对半导体激光器内部温度的影响,设计最优结构对激光器的出光性能做进一步优化。采用金刚石复合热沉后的垂直腔面发射激光器面阵,与传统金刚石热沉的封装结构相比,激光器发光单元的温度差值降低了29%,为大面积半导体激光器面阵的输出功率优化提供了新思路。     

IGBT模块焊料老化状态监测方法及热网络模型优化

焊料老化是绝缘栅双极型晶体管(IGBT)模块内部传热能力退化和结温估计偏离的主要诱因。利用壳温与焊料老化程度间的对应规律构建了两者的量化关系,提出了焊料老化状态监测方法。采用与功率损耗无关的参数对恶化Cauer热网络(CTN)有效传热面积进行表征,提出了焊料裂纹诱导的结温低估补偿机制;考虑温度相关的异质材料导热系数及比热容参量,抑制了温升引起的材料传热特性退化影响。在此基础上,通过对传统CTN模型的优化,克服了传热路径无法自适应配置问题。仿真结果表明,所提方法可有效减小传热退化对模型计算结果的影响,实现对IGBT模块热行为动态变化的精确模拟,且结温估计结果相较传统CTN模型的更为精确。     

热源尺寸对AlGaN/GaN HEMT器件热阻的影响机理

基于CREE公司生产的十条栅指AlGaN/GaN HEMT器件,利用热传导方程,研究了AlGaN/GaN HEMT器件热阻随热源尺寸的变化规律及影响机理,建立了GaN HEMT器件的热传播模型并通过红外测温法结合Sentaurus TCAD模拟仿真的方法验证了模型的准确性.研究发现:热阻随热源尺寸的减小以近似指数的规律增加,随栅宽的减小以反比的规律增加.另外,在芯片尺寸、散热条件、功率密度等条件不变的情况下,栅长从1μm减小到0.05μm时,热阻大约增加80％.对该变化规律从两个方面进行了解释:一方面,热源面积越小,微观尺寸上的散热面积越小,热阻越大;另外,热源尺寸的减小会引起热源处热容的减小,产生的热量是一定的,热阻与温升成正比,因此对应的热阻增加.     

多芯片组件散热的三维有限元分析

基于有限元法的数值模拟技术是多芯片组件(Multichip Module)热设计的重要工具。采用有限元软件ANSYS建立了一种用于某种特殊场合的MCM的三维热模型,对空气自然对流情况下,MCM模型的温度分布和散热状况进行了模拟计算。并定量分析了空气强迫对流和热沉两种热增强手段对MCM模型温度分布和散热状况的影响。研究结果为MCM的热设计提供了重要的理论依据。     

Thermal analysis of LED lighting system with different fin heat sinks

This paper designs a 3×3 light emitting diode(LED) array with a total power of 9 W,presents a thermal analysis of plate fin,in-line and staggered pin fin heat sinks for a high power LED lighting system,and develops a 3D one-fourth finite element(FE) model to predict the system temperature distribution.Three kinds of heat sinks are compared under the same conditions.It is found that LED chip junction temperature is 48.978℃when the fins of heat sink are aligned alternately.