大功率集成封裝白光LED的散熱及響應(yīng)面優(yōu)化設(shè)計(jì)的研究.pdf

1、LED作為新一代電光源,具有發(fā)光效率高、功耗低、壽命長(zhǎng)、響應(yīng)時(shí)間短、色溫范圍寬和環(huán)保等優(yōu)點(diǎn),目前已應(yīng)用于通用照明、景觀(guān)照明、舞臺(tái)照明、汽車(chē)照明、交通信號(hào)、背光源、顯示屏、指示燈和相機(jī)閃光燈等方面,并將在醫(yī)療、信息、農(nóng)業(yè)、航空和航天等領(lǐng)域發(fā)揮重要的作用。要使 LED大規(guī)模地應(yīng)用于機(jī)場(chǎng)和體育場(chǎng)等特殊場(chǎng)所,光通量必須達(dá)到幾千甚至上萬(wàn)流明,大功率集成封裝白光 LED可以滿(mǎn)足這一要求。然而,散熱問(wèn)題依然是制約它發(fā)展的主要瓶頸。本文主要針對(duì)100

2、W的大功率集成封裝白光 LED的散熱問(wèn)題,展開(kāi)了以下研究:
　　(1)在常用的大功率 LED散熱方式的基礎(chǔ)上,根據(jù)大功率集成封裝白光 LED的特點(diǎn),提出了均溫基板結(jié)合太陽(yáng)花散熱器的新型散熱方式。其特點(diǎn)在于:均溫基板是采用均溫板取代傳統(tǒng) MCPCB中的金屬基體;太陽(yáng)花散熱器是以發(fā)熱體為中心向周?chē)跋蛏仙l(fā)熱量的散熱體結(jié)構(gòu)。
　　(2)利用APDL和UIDL兩種語(yǔ)言對(duì)Mechanical APDL(ANSYS)平臺(tái)進(jìn)行了二次開(kāi)發(fā)

3、,一個(gè)熱分析模塊嵌入到了ANSYS主菜單里。采用這個(gè)模塊分別對(duì)基于均溫基板和MCPCB結(jié)合太陽(yáng)花散熱器的100 W的大功率集成封裝白光LED進(jìn)行了熱分析,并進(jìn)行了對(duì)比。
　　(3)為了延長(zhǎng)LED的壽命以及進(jìn)一步達(dá)到節(jié)能減排的目的,LED工作時(shí),在保證所需光通量的前提下,選擇適當(dāng)?shù)尿?qū)動(dòng)電流是必要的。本文對(duì)1W InGaN/GaN白光LED燈珠樣品進(jìn)行了光及熱特性測(cè)試,研究了驅(qū)動(dòng)電流對(duì)LED光通量、發(fā)光效率和結(jié)溫的影響。
　　(

4、4)利用優(yōu)化設(shè)計(jì)軟件OPTIMUS將ANSYS的計(jì)算過(guò)程集成起來(lái),對(duì)基于均溫基板結(jié)合太陽(yáng)花散熱器的100 W的大功率集成封裝白光LED進(jìn)行了響應(yīng)面優(yōu)化設(shè)計(jì)。其中試驗(yàn)設(shè)計(jì)采用Box-Behnken法;試驗(yàn)設(shè)計(jì)的樣本點(diǎn)采用基于二階泰勒多項(xiàng)式的最小二乘響應(yīng)面模型來(lái)擬合,確定了主要設(shè)計(jì)參數(shù);優(yōu)化算法采用非線(xiàn)性二次規(guī)劃算法,確定了最優(yōu)散熱結(jié)構(gòu)。
　　研究結(jié)果表明:第一,相比MCPCB,均溫基板提高了大功率集成封裝白光LED芯片的均溫性,避免

5、了局部熱點(diǎn),從而提高了它的可靠性、保證了它的壽命。第二,對(duì)于1W LED樣品,驅(qū)動(dòng)電流控制在315 mA左右較合理。在這個(gè)電流下,光通量不但可以保證,而且發(fā)光效率比較高、結(jié)溫比較低。對(duì)于本文設(shè)計(jì)的100 W的大功率集成封裝白光LED而言,在保證照明要求的前提下,選擇合適的驅(qū)動(dòng)電流更是必要的,它可以延長(zhǎng)LED的壽命以及進(jìn)一步達(dá)到節(jié)能減排的目的。第三,太陽(yáng)花散熱器的高度H為主要設(shè)計(jì)參數(shù);當(dāng)均溫基板的長(zhǎng)度L為60 mm,均溫基板蒸汽腔的厚度T