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大功率LED灯具散热系统的设计和研究

作　者: 姬文飞
导　师: 许黎明；严华锋
学　校: 上海交通大学
专　业: 机械工程
关键词: LED 散热系统 结温 道路照明 热流体仿真技术
分类号: TM923.34
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 504次
引　用: 4次
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内容摘要


发光二极管(简称LED)具有不含汞、环保、高效、长寿命、节能等优点,被认为是第四代照明光源。目前LED按照量产的水平,大功率1W的LED发光效率已经超过100 lm/W,超过目前大多数传统光源。近年来,LED因为其高效率和环保的特性,已经被广泛应用于道路照明、景观照明和其他一些通用照明工程。许多LED照明产品被开发和应用于照明工程。但是LED照明产品的质量参差不齐,尤其是散热结构设计缺陷导致性能的严重衰减。在本文的研究中,针对LED散热系统进行了研究旨在设计开发适用于未来道路照明需求的LED散热系统。其中主要研究内容和成果如下:采用JEDEC51-1的标准,使用目前精度最高的T3ster设备测试了一些典型的LED灯具和LED封装体的散热性能,测试比较了LED封装体的工艺与材料和LED灯具结构对于灯具整体散热性能的影响。基于实验数据和理论原理,采用热学仿真软件,设计开发了LED路灯灯具,提出了LED路灯最佳的散热结构方案。同时对路灯灯具的散热性能做了测试。实验结果与设计一致。整个灯具的热阻低于9°C/W,大大优于目前一般LED灯具16°C/W。可以保证LED的结温温升小于25°C以下,保证了LED灯具50000小时的寿命。光衰与结温的关系曲线和LED路灯灯具的光衰情况也作了测试,证明最终优化的LED散热结构可以保证LED灯具的寿命。

全文目录


摘要  4-5
ABSTRACT  5-10
第一章 绪论  10-22
  1.1 课题研究的工程需求和研究意义  10-15
    1.1.1 课题的工程需求来源  10-12
    1.1.2 课题研究对象产品定义  12
    1.1.3 课题依托单位简介  12-15
  1.2 国内外研究现状分析  15-18
    1.2.1 国外LED 照明研究现状  15
    1.2.2 国内LED 照明研究现状  15-17
    1.2.3 LED 照明散热系统的研究现状和发展趋势  17-18
  1.3 课题研究的目标  18-19
  1.4 课题研究的内容  19-22
第二章 LED 灯具封装技术研究  22-30
  2.1 封装导热技术研究  22-25
  2.2 封装荧光粉涂覆技术研究  25-30
第三章 LED 灯具散热技术的研究  30-44
  3.1 LED 散热模式分析  30-38
    3.1.1 LED 散热的重要性  30-31
    3.1.2 热传递基本原理  31-34
    3.1.3 功率型LED 的热学模型  34-36
    3.1.4 传统LED 散热器结构  36-38
  3.2 LED 灯具的结构分析  38-40
  3.3 其他散热模式分析  40-44
    3.3.1 风扇辅助风冷方式优缺点分析  40-41
    3.3.2 热管散热方式优缺点分析  41-44
第四章 LED 散热系统的优化设计分析和研究  44-70
  4.1 对LED 封装结构的优化设计  44-46
  4.2 LED 封装体热仿真模拟测试  46-52
    4.2.1 LED 封装体温度场的有限元分析  46-47
    4.2.2 有限元法的理论基础  47
    4.2.3 ANSYS 热仿真的基本步骤  47-48
    4.2.4 对封装体的热仿真测试  48-52
  4.3 对LED 散热系统中的元件的优化设计  52-65
    4.3.1 对散热器结构的优化设计  52-60
    4.3.2 对回路热管的优化设计  60-65
  4.4 对灯具结构的散热优化设计  65-66
    4.4.1 对封装体到散热器的散热优化  65
    4.4.2 对传统散热模式的优化  65-66
  4.5 优化后的LED 散热模型建立  66-67
  4.6 优化后的散热系统结构热仿真模拟测试  67-70
    4.6.1 热学仿真软件EFD.Pro 介绍  67-68
    4.6.2 对优化后的散热系统的热仿真模拟测试  68-70
第五章 LED 散热系统的实验测试  70-82
  5.1 LED 器件的热敏特性  70-72
  5.2 LED 器件热特性的检测  72-76
  5.3 不同灯具产品的实际结温测试  76-79
  5.4 优化后的灯具实际结温测试结果  79-81
  5.5 小结  81-82
第六章 结论与展望  82-83
参考文献  83-86
致谢  86-87
攻读硕士期间发表的学术论文  87

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中图分类: > 工业技术 > 电工技术 > 电气化、电能应用 > 电气照明 > 灯泡、灯管 > 半导体发光灯
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