LED燈具熱設(shè)計(jì)與仿真.pdf

1、近年來,隨著新技術(shù)和新型材料的發(fā)展,發(fā)光二極管(LED)以其高發(fā)光效率、低能耗、壽命長等優(yōu)勢,成為21世紀(jì)最具發(fā)展前景的一種新型冷光源,并逐漸滲透到現(xiàn)代照明領(lǐng)域中。LED的工作原理為在外加電場的作用下,PN結(jié)中的電子與空穴的復(fù)合發(fā)生電致輻射將一部分能量轉(zhuǎn)化為光能,其余能量轉(zhuǎn)化為熱能。在目前LED作為照明燈具后,散熱是需要解決的關(guān)鍵問題之一,沒有良好的散熱通道,會使LED基板溫度升高,導(dǎo)致半導(dǎo)體材料和熒光粉的發(fā)光效率下降,并且過高的結(jié)溫會

2、引起波長紅移,導(dǎo)致LED發(fā)光不均勻,同時(shí)會影響到LED燈具的使用壽命。據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明,LED在30℃下工作的壽命比在70℃下工作的壽命長20倍,熱失效成為LED燈具主要失效形式之一。對于大功率LED來說,熱設(shè)計(jì)是LED燈具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)之一。本文運(yùn)用有限元分析軟件ANSYS對LED燈具進(jìn)行模擬熱分析,針對大功率LED的封裝結(jié)構(gòu),散熱結(jié)構(gòu),建立熱傳導(dǎo)模型,并且對LED燈具結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì),提高散熱性能。
　　 文章首先分析了L

3、ED燈具中熱的產(chǎn)生,熱特性以及熱管理,散熱設(shè)計(jì)對LED燈具的重要性及研究現(xiàn)狀。結(jié)合Pro/E強(qiáng)大的建模功能和ANSYS完善的熱分析功能,模擬分析了不同封裝結(jié)構(gòu)的熱場分布,對比分析在同等條件下,不同封裝結(jié)構(gòu)的散熱效果。對市場上一款7WLED燈具進(jìn)行了熱仿真,模擬LED燈具在室溫20℃的工作環(huán)境下的散熱情況,得到LED燈具的穩(wěn)態(tài)溫度場分布。并且與實(shí)測溫度進(jìn)行對比分析,結(jié)果發(fā)現(xiàn)模擬結(jié)果和實(shí)測數(shù)據(jù)基本一致,實(shí)驗(yàn)結(jié)果說明模型建立和分析過程是正確的

4、。
　　 通過LED燈具的熱分析,發(fā)現(xiàn)此款燈具結(jié)構(gòu)的缺陷和溫度場分布的不均勻性,然后在此款散熱結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)。考慮到LED燈具傳熱過程包括導(dǎo)熱和散熱兩個環(huán)節(jié),從LED芯片產(chǎn)生熱量,穿過線路層、隔離層、基板及導(dǎo)熱硅膠到散熱器,因此合理的散熱器結(jié)構(gòu)在LED燈具熱設(shè)計(jì)中發(fā)揮著關(guān)鍵性的作用。所以本文又模擬仿真LED多芯片組分布結(jié)構(gòu),散熱器的材料,厚度以及數(shù)量等因素對LED燈具散熱效果的影響作用,優(yōu)化散熱結(jié)構(gòu),得到最佳的散熱效