热管换热器用于LED冷却系统的实验研究

研发了一系列将发光二极管(LED)散热与热管传热相结合的用于大功率LED冷却的热管散热器,并对其传热性能进行了实验研究。结果表明,该系列热管散热器具有良好的散热能力,能将节点温度控制在70℃以下,满足了大功率LED对结点温度的控制要求;实验结果还表明,翅片结构不同,换热器散热能力明显不同,所研发系列异形翅片热管换热器的散热能力明显高于目前常用的普通矩形翅片热管换热器,其中以外翻形翅片热管换热器散热能力最好;还研究了热管换热器工作倾角对其散热能力的影响,并给出了热管排布数量、翅片材质及结构对换热器散热性能、换热装置体积、成本及质量的影响。     

集成芯片LED场地照明灯新型叠片散热器热分析

针对大功率LED场地照明集成芯片散热问题,提出了一种新型散热器结构。该散热器利用高导热纯铝材料,采用叠片的方式成型。采用实验和有限元模拟相结合的研究方法,对包括直流电源的新型叠片式LED散热器的散热性能进行了研究。结果表明：LED电源达到稳态所需时间较长,最终能够稳定在一个较低的温度范围。叠片式纯铝散热器通过增加散热面积和提高散热器材料的导热系数能有效降低LED结温。所设计的散热器和选择的电源在自然对流条件下能够很好地满足250 W大功率LED散热要求。     

LED汽车前大灯散热器正交优化设计与分析

设计了一种LED汽车前大灯散热器结构,该结构主要由一条通风管和一台无叶风扇组成.在SolidWorks软件中建立该散热结构模型,并导入FloEFD软件进行散热仿真,得到LED结温温度为148℃.提出在通风管中填充矩形翅片和填充蜂窝结构两种改进方案.仿真结果表明,采用两种改进方案后LED汽车前大灯的结温温度分别下降至102.01℃和86.20℃.对填充蜂窝结构方案进行正交优化试验,分析得出影响该系统散热性能的因素依次为:蜂窝等效直径、蜂窝类型、填充长度、壁厚和通风管长度.按照该顺序优化参数值,得到最优散热结构.仿真结果表明,经过正交优化后,LED汽车前大灯的温度降为75.17℃,进一步提高了整体结构的散热性能.最后分析了该结构的基板温度与风速的关系,结果表明当风速低于5m/s时,温度随着风速的增大急剧降低,当风速高于5m/s时,温度下降趋势相对缓慢.     

替代100W白炽灯的新型12W LED球泡灯的散热性能研究

基于冷喷涂技术,提出了一种替代传统100 W白炽灯的新型12 W LED球泡灯,其散热器由纯铝板裁剪和弯折而成。在分析铜基板内部结构基础上,借助ANSYS软件模拟不同覆铜层厚度和不同形状散热器的球泡灯温度场,获得了具有最低芯片结温的LED球泡灯。研究结果表明,铜基板厚度一定时,芯片结温随覆铜层厚度的增加而降低。选择纯铝质散热器和增加覆铜层厚度可使LED球泡灯的结温降低为71.25 ℃,低于芯片安全温度85 ℃,满足散热和照明习惯要求。     

加装导流罩的大功率LED强化换热特性研究

针对大功率LED光源存在的散热问题,在风冷散热条件下,对加装导流罩的大功率LED散热器进行优化设计。在肋片结构参数固定的条件下,利用流体分析软件对导流罩的内径、高度、进气口直径以及散热器肋片夹角进行优化。通过改变这些参数来改变散热片表面气体流体的流形、风速等值,最终改变肋片表面对流换热系数。获得的导流罩和肋片夹角参数:导流罩高度85 mm,进气口直径76 mm,出气口直径83 mm,散热器肋片夹角9。通过优化使散热器温度有一定程度的降低,为大功率LED灯具散热设计提供了一种优化方案。     

大功率远程荧光粉型白光LED散热封装设计

针对大功率远程荧光粉型白光LED存在的散热问题,研究了其封装结构的散热设计方法。在分析现有远程荧光粉型白光LED封装结构及散热特点的基础上,提出将荧光粉层与芯片热隔离的同时开辟独立的荧光粉层散热路径的热设计方法。仿真分析结果表明:新的设计能够在不增加灯珠径向尺寸的同时改善荧光粉层的散热能力。在相同边界条件下,改进设计后的荧光粉层温度较改进前降低了10.7℃,芯片温度降低了0.55℃。在芯片基座上设置热隔离槽对芯片和荧光粉层温度的影响可以忽略。为了达到最优的芯片和荧光粉层温度配置,对荧光粉层与芯片之间封装胶层厚度进行优化是必要的。新的封装方法将芯片和荧光粉层的散热问题相互独立出来,既避免了二者的相互加热问题,又增加了灯珠光学设计的自由度。     

温度和电流对白光LED发光效率的影响

对大功率白光LED发光效率进行了研究,得出温度和电流对LED发光效率的影响:随着温度的升高,势阱中辐射复合几率降低,从而降低了发光效率;电流的升高,使更多的非平衡载流子穿过势垒,降低了发光效率。LED工作时,过高的工作温度或者过大的工作电流都会产生明显的光衰:如果LED工作温度超过芯片的承载温度,这将会使LED的发光效率快速降低,产生明显的光衰,并且对LED造成永久性破坏;如果LED的工作电流超过芯片的饱和电流,也会使LED发光效率快速降低,产生明显的光衰。并且LED所能承载的温度与饱和电流有一定关系,散热良好的装置可以使LED工作温度相对降低些,饱和电流也可以更大,LED也就可以在相对较大的电流下工作。     

大功率LED筒灯散热封装设计与分析

设计了一种大功率白光LED照明灯具的封装结构,通过有限元计算,分析其稳态工作下的温度场分布,并通过温度测试实验表明,器件上测试点温度76.0℃,散热器外壳温度71.0℃,误差分别为2.6%和2.3%,理论计算与实验结果基本吻合。在此基础上,结合灯具各构件的温度场分布与传热学原理,提出了一种新的散热封装结构,为大功率LED的散热优化方案提供了有效依据。     

热电制冷LED自然对流散热的设计与优化

为提升高热流密度下LED灯具的自然对流散热性能,以一款基于热电制冷（TEC）的单颗LED小型灯具模组为研究对象,在采用实验测量和回归拟合准确获得TEC性能参数的基础上,建立了有无TEC参与散热的等效热路模型,并选择合理的数学公式对其进行性能描述,进而遵循本文设计的计算流程快速得到各种散热性能数据。LED模组的散热分析表明：在恒定的LED热功率下,施加最佳的TEC电流可获得最高的散热性能;LED热功率越低,安装TEC的散热性能越比常规方法优异。经遗传算法优化前后的性能对比分析表明：优化后结构中TEC的合理工作区明显增大,能满足LED更高功率的散热需求;当LED为0.493 W时,优化后结构的最佳结温仅为15.66℃,远低于30℃的环境温度。基于TEC实验数据建立的等效热路模型,能为装配TEC的LED模组提供快速完整的散热设计分析与结构优化的合理方案。     

一种大功率LED散热系统模糊控制器设计

基于当前的COB封装LED芯片,分析了芯片的热阻模型,推导出发光结在理想温度下工作时的基板温度。针对大功率LED存在的散热问题,基于课题组双进双出射流冲击水冷散热系统,设计了一种模糊控制器,选取温度变化和温度变化率为控制输入量,并对各控制输入量的范围设定进行了说明。根据设计的控制器进行程序编写,下载到控制芯片中进行实际验证,在20℃环境温度下,芯片基板温度最终维持在35.5~36.5℃之间,保证了灯具正常、稳定工作,为大功率LED散热系统提供了一种控制器设计方案,具有一定的实际意义。     

LED异形灯的散热设计与实验

为了提高LED灯具的散热能力,基于烟囱效应原理,设计了一种新型的LED灯具散热结构。该结构仅采用一块圆柱状基板,不需要散热器,突破了传统LED灯具的构造模式。运用软件Solidworks构建三维模型,用其插件Flow Simulation进行热仿真。当功率为10 W时,LED芯片最高温度为81.34℃。当功率增加到15 W时,最高温度变为105.54℃,高于芯片安全工作温度85℃。因此,本文提出在基板中间加入散热器的改进方案,使LED芯片最高温度下降了30.79℃。并以散热器翅片数12个、内环直径20 mm、翅片厚度1 mm为基础模型参数,进行优化试验。研究表明:在翅片数为12个、内环直径为12 mm、翅片厚度为1 mm时,LED异形灯的散热效果最好,此时,LED异形灯的最高温度为72.21℃。当功率为8,13,15,17,19 W时,LED异形灯芯片的温度都满足LED工作的安全要求。经过对8 W的LED异形灯样品的实验测试,测得其最高温度为53℃,与仿真结果仅相差1.01℃,证实了研究的准确性。所设计的LED异形灯,为解决大功率LED散热问题提供了一条新的途径。     

基于热阻网络的大功率LED热管散热研究

LED结温高一直是大功率LED发展的技术瓶颈,随着单位热流密度的不断攀升,在自然冷却条件下,单纯的直肋热沉散热方式已不能满足散热要求。应用热管技术设计了热管散热系统,对该系统的传热机理和传热路线进行分析,建立该系统对应的热网络模型,对各部分热阻进行分析与计算,求得总的理论总热阻,计算得出理论结温;同时应用有限元方法对该系统进行仿真分析,对LED模块（0.025 m0.025 m0.005 m）输入30 W 电功率,得出其仿真结温稳定在58.19℃,满足结温小于65℃的要求,说明应用热管的散热系统满足设计要求。由热阻网络模型计算得出的理论结温为57.43℃,与仿真结果相差0.76℃,其误差仅为1.31％,验证了理论分析计算的正确性,对实际工程中热设计具有指导意义。     

去除铝基板的大功率LED热分析

提出一种大功率LED免铝基板封装方式,采用ANSYS有限元热分析软件对传统的铝基板封装和免铝基板封装的LED进行模拟对比分析。模拟结果表明:两种封装结构的LED,其最高温度均出现在LED芯片处;对于单颗功率1 W、3颗功率1 W和单颗功率3 W的器件,由于有效地简化了散热通道、大幅度降低了总热阻,采用免铝基板结构的最高温度分别降低了6.436,9.468,19.309 ℃。传统的铝基板封装即使选用热导率高达200 W/(m·K)的基板,其散热效果依旧略逊于免铝基板封装结构,且随着LED功率的增大,免铝基板的新型封装结构散热优势更加明显。本文的研究为解决大功率LED的散热问题和光色稳定性问题提供了一种新途径。     

单顶角结构LED背光模组的设计与优化

由于LED（发光二极管）具有寿命长、色域宽、功耗低和环保（传统的光源CCFL含有汞气）等特性,在背光模组中采用LED代替CCFL（冷阴极荧光灯）是一种趋势。采用单光源顶角入射结构设计一个5.08cm(2inch)液晶背光模组。针对LED作为点光源带来的亮度不均匀的问题,采用旋转LED的入射角度和区域分割设计的方法,有效地解决了LED液晶背光模组中存在亮斑和暗区等不良的现象。通过模拟实验,可以得到光源出射均匀度为80.06%的导光板。     

一种带温度补偿的数字倾斜角测量系统

提出了一种带温度补偿的数字倾斜角测量系统,阐述了系统组成、温度补偿原理和软件设计,采用电子倾角器、A/D转换器、单片机、温度传感器实现了在宽工作温度范围内的倾斜角测量,消除了环境温度变化引起的偏差.系统通过实验验证,达到了较高的测量准确度,并在某项目的水平倾斜角测量系统中得到应用.     

照明用大功率发光二极管封装材料的优化设计

根据传热理论,建立了大功率发光二极管的有限元模型.选择了4种键合材料（高导热导电银胶、纳米银焊膏,大功率芯片键合胶、Sn70Pb30）,4种基板材料（Al2O3、AlN、Al-SiC、铜钼合金）.采用ANSYS有限元热分析软件进行了温度场仿真,得到了大功率发光二极管封装材料的最优选择.研究了基板厚度、芯片输出功率及外接热沉时对发光二极管结温的影响.结果表明:纳米银焊膏-AlN组合具有最优的散热效果|增加散热基板厚度提高散热能力的作用不大|单个发光二极管输出功率有限,应优化封装结构并采用多芯片阵列来满足照明级的需要|外接铝热沉能达到理想的散热效果.     

Joule heating and viscous dissipation effects on MHD flow past a semi-infinite inclined plate with variable surface temperature

A numerical investigation is performed to study the MHD free convection flow past a semi-infinite inclined plate subjected to a variable surface temperature. The Joule heating and viscous dissipation effects are taken into account in the energy equation. The governing equations of the flow are transformed into a nondimensional form using suitable dimensionless quantities. A fully developed implicit finite-difference scheme of Crank-Nicolson type is engaged to solve the dimensionless governing equations, which is more accurate, fast convergent, and unconditionally stable. The effects of the MHD, inclination angle, power law, Grashof number, Prandtl number, Joule heating, and viscous dissipation effects are studied on the velocity, temperature, shear stress, and heat transfer coefficients during transient periods. It is observed that the MHD has retarding effects on velocity.     

Sound transmission across lightweight all-metallic sandwich panels with corrugated cores

The transmission of sound through all-metallic sandwich panels with corrugated cores is investigated using the space-harmonic method. The sandwich panel is modeled as two parallel panels connected by uniformly distributed translational springs and rotational springs, with the mass of the core sheets taken as lumped mass. Based on the periodicity of the panel structure, a unit cell model is developed to provide the effective translational and rotational stiffness of the core. To check the validity of the model, it is used first to study the sound insulation properties of double-panel structures with air cavity, and the analytical predictions agree well with existing experimental data. The model is then employed to quantify the influence of sound incidence angle and the inclination angle between facesheet and core sheet on sound transmission loss （STL） across sandwich panels with corrugated cores. The results show that the inclination angle has a significant effect on STL and it is possible to avoid STL dips by altering the inclination angle. Moreover, it is found that sandwich panels with corrugated cores are more suitable for the insulation of sound waves having small incidence angles.     

AlGaInP-LED发光阵列热场分析及散热设计

建立了5×5 Al Ga In P材料LED微阵列的有限元热分析模型,根据计算对模型进行了简化。结果表明,简化模型与原始模型的温度分布规律基本一致,计算得到的两种模型在工作1.5 s时的温度相对误差为0.8%。使用简化模型模拟了含104个单元、尺寸为10 mm×10 mm×100μm的芯片的温度场分布,工作1.5 s时的芯片中心温度已达到360.6℃。为解决其散热问题,设计了两种散热器,并对其结构进行了优化,分析了翅片数量、翅片尺寸、粘结材料对芯片温度的影响。     

A method used to overcome polarization effects in semi-polar structures of nitride light-emitting diodes emitting green radiation

Polarization effects are studied within nitride light-emitting diodes (LEDs) manufactured on standard polar and semipolar substrates. A new theoretical approach, somewhat different than standard ones, is proposed to this end. It is well known that when regular polar GaN substrates are used, strong piezoelectric and spontaneous polarizations create built-in electric fields leading to the quantum-confined Stark effects (QCSEs). These effects may be completely avoided in nonpolar crystallographic orientations, but then there are problems with manufacturing InGaN layers of relatively high Indium contents necessary for the green emission. Hence, a procedure leading to partly overcoming these polarization problems in semi-polar LEDs emitting green radiation is proposed. The (1122) crystallographic substrate orientation (inclination angle of 58^° to c plane) seems to be the most promising because it is characterized by low Miller–Bravais indices leading to high-quality and high Indium content smooth growth planes. Besides, it makes possible an increased Indium incorporation efficiency and it is efficient in suppressing QCSE. The In_0.3Ga_0.7N/GaN QW LED grown on the semipolar (1122) substrate has been found as currently the optimal LED structure emitting green radiation.