LED路灯热分析及散热结构设计.pdf

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in--onbutthetmnsfonmlionefliciem-yofelectricitytolightisstilllow,sobowto呻ethecapabilityoftheheatsinkbecomeoneLED路灯热分析及散热结构设计li龇has电子与封装张琦，陈旭引言及反应时间快等优剧¨，在城市景观、LCD背光板、摘要：LED作为第四代照明光源已被广泛应用于显示和照明系统设备，但由于其光电转化率较低，大部分电能实际转化成了热量，所以如何提高其散热能力是大功率LED实现产业化亟待解决的关键技术之一。文章以某公司LED路灯为模型，采用ANSYS有限元软件对其进行参数化建模及热分析，得出了其稳态的温度场分布，在此基础上通过设计正交实验，分析了铝制热沉不同结构参数对其温度场的影响情况。由最终的结果可知，在合适的范围内使散热器翅片的厚度和间距较小一些，可得到较为理想的优化结构，既能控制芯片的最高温度，又有效地减小了散热器的质量。文章LED路灯算例得到优化的质量为原质量的33．40％。关键词：大功率LED；热沉；热分析中图分类号：TN305．94文献标识码：A文章编号：1681—1070(2009)05-0044·05Thermal(SchoolofChemical300072，China)Diode(LED)，thehigh—powerhighestonobtainedweight．words：high-power与普通光源比，大功率LED具有省电、寿命长交通标志、汽车尾灯照明和广告招牌等方面有着广泛的应用【21。LED芯片的表面面积小，工作时电流密度大，单颗LED的输出光束低，所以照明设备大多要求多个LED组合而成，从而造成LED密集度较大。但由于LD的光电转换效率不高，大约只有15％-20％左右电能转为光输出，其余均转换成为热能，因此当大量LED集中工作时，将会产生大量的热量。若不能使这些热量尽快有效地耗散，随之而来的热效应将会变得非常明显，致使结温上升，减少芯片出射的光子，使色温质量下降，加快芯片老化，缩短器件寿命，且由于LED芯片输入功率的不ELECTRONICS&PACKAGrNG(天津大学化工学院，天津300072)AnalysisandStructuralDesignofHeatSinkLEDStreetLampZHANGQi，CHENXuTechnology，TianjinUniversity，Tianjinlampanlimit33．40％oforiginalanalysisl收稿日期：2008—1第9卷，第5期总第73期2009年5月EngineeringAbstract：Light-emittingfomthgenerationalreadybeenwidelyusedinilluminationdevices,ofthekeytechnicalissuesfortheofhigh—powerLED．BasedrealofLEDcompany,parameterizedmodelthermalwithANSYSsoftwareWaSobtained．Thesteady-statetemperaturefieldsdifferencedimensionsheatsinkcomparedusingorthogonalexperimentaldesign，andoptimizedwhichonlyLED，butalsodecreasemassbyreducingthicknessseparationfinssink．AshowsthatweightreducesKeyLED；heatsink；thermal．．44．．EstrgetstructurewerenottO1-15V01．9．No．5acancase
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模型的建立与热分析散热结构的参数化建模及优化设计断提高，因散热问题牵扯到光、电、色等一系列的问题显得更加突出[3“J，因此对该结构进行热分析和优化设计就变得异常关键。在设计LED发光器件时，为了较好地控制结温，良好的散热设计主要是出于以下考虑：一方面改善器件内部封装结构，提高发热芯片向外壳传导热量的能力；另外一方面提高外壳向外界散热的能力。本文利用ANSYS有限元分析软件，对某公司LED路灯的散热结构进行了参数化设计及热分析，并通过设计正交实验，分析了铝制热沉各结构尺寸变化对其温度场的影响情况，最终得到较为理想的优化结构，达到了在散热效果基本不变的前提下，降低散热器用料，控制成本的目的。本文的分析原型为某公司的SM．RL．101路灯(见图1)，所用到的主要参数见表1和表2。表1LED封装中材料热性能参数在实际情况中热量沿以下路径传递【5％芯片一导电胶一PCB板一导热胶-散