E平板热管应用与大功率LED路灯的试验研究

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1、第十二届全国热管会议新型平板热管散热器应用于大功率LED路灯的试验研究李茂松车廷建杨洪武*（大连金三维科技有限公司，大连，116600）（*联系电话：13904286093，E-mail:byjd@vip.sina.com）摘要：随着实际应用的LED产品的功率越来越大，其散热量也随之增大，对散热要求也逐步提高，传统的散热方式已经不能满足大功率LED路灯的要求。本文设计了一种新型铝板制作的平板热管，并将其应用与LED路灯散热器上。散热器尺寸为300mm×155mm×150mm。在环境温度为25℃，功率为56瓦时铝基板温度为42℃

2、，平板热管上最大温差为1.3℃。在进行的倾斜角度测试时，平板热管在整个试验过程中均温性良好，在90°倾斜角时，温差达到最大的2.4℃，此时铝基板上的温度也达到最大的52℃。关键词：LED路灯；平板热管；均温性1前言随着由气候变暖引发的自然灾害越来越频繁，危害越来越大，环境问题和节能技术也越来越受到全世界的关注。作为节能环保重要一环的LED产业已经引起世界大部分国家的重视。LED从其产生之初的发光率0.1lm/W到现在可以达到100lm/W，其发光效率已经提高了三个数量级，随着材料科学的发展，其发光效率和发光亮度一定会继续向前飞

3、跃。一直以来散热问题都是LED应用中需要重点解决的问题。在目前的LED应用中，大约有20%的能量转化成光，剩下的80%左右的能量转化成热能，这些热能如不能有效排出，对LED的寿命会产生致命的影响。利用热管技术将LED里的热量带出是业界普遍的思路，也做了很多类似的研究。莫冬传[1]等研究了将回路热管应用与大功率LED的试验，袁柳林[2]等将微槽道式热管进行LED散热，程婷[3]和陈伟[4]等人分别从理论和试验用喷射流冷却系统对大功率LED进行了散热研究。这些研究为LED散热问题提供可供借鉴的经验。本文在将一种新型平板热管技术应用

4、于大功率LED路灯散热中，并进行了试验研究，起到了良好的效果。2.热管散热器的构成传统的热管由于其自身结构的缺点，不适合使用与大功率LED路灯灯具上。一般的水平放置的vaporchamber工作原理如图1所示，热量从下方进入，工质吸收热量后汽化，汽化后的工质充满整个热管腔体，然后在上方的地方放出热量液化，液化后的工质随着热管内腔壁上的特殊材料的毛细力回到热源部分。这种热管传热效率比较高，但是用在大功率LED上效果并不好，主要问题在于这样的结构使得翅片布置很难达到良好的散热效果，且热管的外形尺寸不好控制，机械强度不够。6第十二届

5、全国热管会议图1传统水平放置vaporchamber热板工作原理图为了克服以上热管在LED应用中的缺点，本文设计了一种新型平板热管。新平板热管兼顾轴向和径向传热，其传热原理示意图如图2所示。平板热管竖直放置，热量从下端蒸发段进入，加热工质使工质汽化，汽化的工质将热量传到平板热管各个地方，并在壁面液化放热，并回到蒸发端。绝热段并非必须，在新平板热管中，绝热段长度可以忽略。图2新型平板热管竖直放置图3平板热管散热器工作原理示意图侧面图新型平板热管最大的改进在于在热管内部加入了支撑架[5]以加强整个平板热管的机械强度。热管的下端放置

6、高约20mm，厚0.3mm的吸液芯以保证热管在一定范围内的倾斜角度下可以正常工作。图3为平板热管散热器的侧面图。图中1为平板热管。2为散热片，散热片的布置方向与灯具正常使用时的重力方向一致，平板热管与散热片牢牢焊接在一起。3为基体，基体的下面安装铝基板。整个试验散热器的尺寸为300mm×155mm×150mm。平板热管的尺寸为210mm×120mm×5mm,散热片尺寸为130mm×80mm,两个散热片之间间隔11.6mm。共36个散热片，总散热片面积约为0.8m2,散热片在平板热管两侧对称均匀分布，热管在内部压强达到2×10-

7、3Pa后，充灌丙酮，最终使丙酮的充液率到30%。铝基板的尺寸为230mm×60mm×2mm,铝基板与散热器之间用导热硅脂涂抹以减小二者之间的热阻。基板上有48个CREE的LED芯片。3试验装置试验装置包括恒流电源、Agilent数字检测仪、PT100热电阻等。6第十二届全国热管会议试验所用的功率由恒流电源提供，通过调节恒流电源的电压电流，来调节整个灯具的工作功率。热电偶分别布在平板热管、铝基板和环境中。其中平板热板上布置四个测点，测点位置如图4所示，其中测点1、2、3、4为平板热管上的补点，通过检测四个测点的差值来检测平板热管

8、运行的效果。5、6、7为铝基板上的三个测点，用三者的平均值来代替铝基板上的温度。热电偶采集的数据经过Agilent数字检测仪处理并最终传入到PC机中进行保存和再处理。图4平板热管散热器测试布偶图4数据处理散热器的散热效果是衡量其整体效果的一个重要参数，本文通过测量由平板热管组