大功率LED球泡灯散热设计与优化(2)
摘要 I
Abstract II
1绪论 1
1.1 课题的背景 1
1.2 国内外研究现状 1
1.3 主要研究内容 2
2LED球泡灯热学分析 3
2.1 LED芯片的热学特性 3
2.1.1 LED芯片的结温 3
2.1.2 LED的热阻 3
2.2 LED芯片的散热方式 3
2.2.1 热传导 3
2.2.2 对流换热 6
2.2.3 热辐射 6
2.3 LED球泡灯的散热通道和热阻模型 7
2.4 本章小结 8
3LED球泡灯设计 9
3.1 LED球泡灯的设计思路 9
3.1.1 LED球泡灯的总体设计目标 9
3.1.2 LED球泡灯各部件的设计分析 9
3.2 LED球泡灯的结构设计 10
3.2.1 灯头的设计 10
3.2.2 底座的设计 10
3.2.3 散热器的设计 11
3.2.4 导热胶的设计 11
3.2.5 芯片的设计 12
3.2.6 基板的设计 13
3.2.7 灯罩的设计 13
3.3 LED球泡灯的装配 13
3.4 本章小结 14
4LED球泡灯的仿真模拟 15
4.1 FloEFD简介 15
4.2 仿真模拟的实验步骤 15
4.3 对初始模型进行模拟 16
4.4 对基板进行优化 20
4.5 对底座进行优化 23
4.6 对散热肋片进行优化 27
4.6.1 对肋片数目进行优化 27
4.6.2 对肋片厚度进行优化 29
4.7 LED球泡灯的最终设计模型 30
4.8 本章小结 32
5总结和展望 34
5.1 全文总结 34
5.2 工作展望 34
致 谢 36
参考文献 37
1绪论
1.1 课题的背景
随着国家不断推进资源节约型，环境友好型社会建设，节能减排已成为人们的广泛共识。2011年11月1日，国家发改委等五部委联合发布《关于逐步禁止进口和销售普通照明白炽灯的公告》，公告要求在全国范围内分阶段淘汰普通照明白炽灯。普通照明白炽灯淘汰后，节能环保的LED球泡灯无疑是其理想的替代品之一。一方面LED球泡灯外形和传统的白炽灯外形相似，符合人们的使用习惯；另一方面LED球泡灯节能环保，是一种新型绿色照明灯具，符合可持续发展的理念。随着材料科学与半导体工艺技术的进步，白光LED的光效现在已经可以达到160lm/W。LED的光效虽然比传统光源高得多，但是其电光转换效率较低，一般只有20%~30%，导致大量的热量聚集在芯片的节点，由于LED芯片体积较小，1W LED芯片的热流密度甚至超过100W/cm2[1]。LED芯片结温较高时，会导致光强降低，发光光谱偏移，色温升高，热应力升高，元器件加速老化等一系列问题，因此散热问题成为LED球泡灯推广应用亟需解决的一大难题。
1.2 国内外研究现状
1.3 主要研究内容
本课题通过对大功率LED球泡灯的散热方式和散热通道进行研究，分析LED球泡灯的散热薄弱环节，利用建模软件ProE进行LED球泡灯模型的设计，借助热模拟软件FloEFD对设计好的模型进行热模拟，通过分析得到的热模拟的结果，改善LED球泡灯的结构，优化LED球泡灯的散热，从而降低LED芯片的结温，最终设计出一款散热性能较好，功率为15瓦，可以取代现有白炽灯的LED球泡灯。
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