大功率led三维相变热沉设计及优化

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1、分类号密级注1UDC学位论文大功率LED三维相变热沉设计及优化沈英东指导教师向勇教授电子科技大学成都申请学位级别硕士学科专业电气工程提交论文日期2018.04.13论文答辩日期2018.05.22学位授予单位和日期电子科技大学2018年6月答辩委员会主席评阅人注1：注明《国际十进分类法UDC》的类号。DesignandOptimizationofThree-DimensionalPhaseChangeHeatSinkforHigh-PowerLEDAMasterThesisSubmittedtoUniversityofElectronicScienceandTechnologyofChi

2、naDiscipline:ElectricalEngineeringAuthor:YingdongShenSupervisor:Prof.YongXiangSchool:SchoolofMaterialsandEnergy摘要摘要作为第四代照明光源，LED（LightEmittingDiode）具有体积小、耗电量低、使用寿命长、环保等优势。理论上可以取代传统节能灯与白炽灯，解决能源短缺问题，但在实际应用中却存在着散热问题，由此导致LED并没有完全取代传统照明产品。本文首先对限制LED进入通用照明市场的主要原因进行了相关调研，结果表明，现阶段LED发光效率较低，约为20%~30%，且大部分

3、能量转化为热能。随着LED工作时间增加，LED结温不断攀升，会产生诸如光偏、寿命低、发光效率低等不利影响，对LED进行有效的热管理成为加快LED进入通用照明市场的最佳办法。本文结合实验测试和仿真模拟对LED产热进行了相关分析，并设计了一种大功率LED三维相变热沉。本文创新点及主要内容如下：1、本文创新点本文创新点主要体现在三个方面：一是将相变技术应用在LED热沉中，并证明在散热过程中应用相变技术能够减小传输过程中热阻；二是基于相变技术，应用重力热管工作原理设计了一种原理简单，成本低廉的三维相变热沉，且适用于当前市面的一般大功率LED灯具；三是为三维相变热沉结构优化提供了理论依据。2、LE

4、D产热分析针对大功率阵列式LED与大功率集成式LED灯具热流密度不同的特性，以数值模拟和实验方法开展研究，分析得出：一是使用热沉能够大大降低LED的结温，且LED结温随热沉高度的增加而逐渐降低；二是随着热沉高度的增加，降低结温的效果在减弱，但热沉的质量和成本却随热沉高度的增加而线性增加。故而，实际设计生产过程中并不是热沉高度越高，所取得的散热效果越好。3、大功率LED三维相变热沉设计及优化基于上述结论，本文设计了一种大功率LED三维相变热沉。通过仿真模拟，对设计的三维相变热沉进行了研究，结果表明相变散热器相较于传统固体散热器优势明显，且随LED功率增加优势更为显著。进一步定量分析影响传热

5、效果的因素：热沉材料、热沉散热面积和空气对流换热系数，结果表明在LED热沉的生产过程中，热沉散热面积和空气对流换热系数对热沉热阻影响较为明显，而热沉材料则可以选择成本较为低廉的材料。关键词：LED，热管理，相变，热沉，数值模拟IABSTRACTABSTRACTLED(LightEmittingDiode),thefourth-generationlightingsource,hastheadvantagesofsmallsize,lowpowerconsumption,longservicelife,andenvironmentalprotection.Theoretically,itc

6、anreplacethetraditionalenergy-savinglampsandincandescentlampstosolvetheenergyshortageproblem.However,heatdissipationisabigproblemwiththepracticalapplicationsofLEDwhichhamperthecompletereplacementoftraditionallightingproducts.StudyonthemainreasonsforlimitingtheLEDintothegenerallightingmarketwascar

7、riedoutinthispaper.TheresultsindicatedthattheLEDluminousefficiencyislow,about20%to30%,andmostoftheenergyisconvertedintoheatenergy.WiththeincreaseofLEDoperatingtime,junctiontemperatureofLEDcontinuestorise,whichismorelik