大功率白光LED燈具散熱優(yōu)化方案

２０１４年６月 第２５卷　第３期 照明工程學(xué)報(bào) ｚｈａｏｍｉｎｇｇｏｎｇｃｈｅｎｇｘｕｅｂａｏ ｊｕｎ．?。玻埃保?ｖｏｌ暢２５　ｎｏ暢３ 大功率ｌｅｄ燈具散熱的優(yōu)化設(shè)計(jì) 王忠鋒 １ ，黃偉玲 １ ，白金強(qiáng) ２ （１暢江西理工大學(xué)應(yīng)用科學(xué)學(xué)院，江西贛州　３４１０００；２暢廣州雄義精密五金有限公司，廣東廣州?。担保埃埃埃埃?摘　要：對(duì)大功率ｌｅｄ燈具的散熱進(jìn)行研究。從大功率燈具的散熱器材料選擇、散熱器結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)、散熱器 表面處理工藝、有效散熱面積、對(duì)流條件等幾個(gè)因素進(jìn)行分析與散熱性能的關(guān)系，對(duì)各種不同的散熱技術(shù)進(jìn)行整 合優(yōu)化。結(jié)果表明：改善ｌｅｄ燈具的對(duì)流環(huán)境、對(duì)散熱器表面進(jìn)行工藝處理、合理選擇散熱器的材料和優(yōu)化散熱 器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)均能提高大功率ｌｅｄ燈具的散熱效果。 關(guān)鍵詞：大功率ｌｅｄ；散熱；優(yōu)化設(shè)計(jì) 中圖分類號(hào)：ｔｎ３１２＋．８　　

1w級(jí)大功率白光led發(fā)光效率研究 摘要:研究了1w級(jí)大功率白光發(fā)光二極管(led)發(fā)光效率隨功率變化的關(guān)系。實(shí)驗(yàn)結(jié)果 表明,功率在0～0.11w的范圍里,發(fā)光效率隨功率迅速增加;功率達(dá)到0.11w時(shí),發(fā)光效率 為15.6lm/w;當(dāng)功率大于0.11w時(shí),發(fā)光效率隨功率增加開始減小,功率繼續(xù)增加時(shí),發(fā)光 效率降低的速度越來越快。在器件額定功率1w附近,發(fā)光效率為13lm/w。發(fā)光效率隨功 率增加而下降主要是由于芯片溫度升高、電流泄漏等導(dǎo)致的載流子有效復(fù)合幾率下降引起的。 關(guān)鍵詞：大功率白光發(fā)光二極管;半導(dǎo)體照明;光通量;發(fā)光效率 文章編號(hào):1001-5868(2005)04-0314-03 中圖分類號(hào):tn383.1文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼::a lumenefficiency

白光led的應(yīng)用正在不斷擴(kuò)大,已從手機(jī)照明及液晶屏的背光等傳統(tǒng)應(yīng)用擴(kuò)展到汽車室內(nèi)照明、手電筒及店鋪陳列照明等大功率領(lǐng)域。其中最具代表性的就是豐田汽車于2007年5月推出的高檔混合動(dòng)力車"雷克薩斯ls600h",其前照燈使用了白光led。

散熱設(shè)計(jì)是大功率發(fā)光二極管(led)模組結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要環(huán)節(jié)。首先利用計(jì)算流體力學(xué)方法對(duì)自然對(duì)流條件下大功率led模組的溫度場(chǎng)進(jìn)行了模擬,提出并優(yōu)化了模組可采用的散熱片結(jié)構(gòu),進(jìn)而對(duì)影響模組散熱的其他關(guān)鍵因素進(jìn)行了分析,結(jié)果表明,提高關(guān)鍵封裝材料如銀膠的熱導(dǎo)率能夠有效地降低芯片溫度,提高芯片溫度均勻性;多芯片封裝時(shí)芯片的整體溫度及均勻性相對(duì)于單芯片封裝皆有改善。優(yōu)化后的封裝結(jié)構(gòu)在5w電功率注入條件下,芯片結(jié)溫約60℃。

２０１４年１２月 第２５卷　第６期 照明工程學(xué)報(bào) ｚｈａｏｍｉｎｇｇｏｎｇｃｈｅｎｇｘｕｅｂａｏ ｄｅｃ．?。玻埃保?ｖｏｌ．２５?。睿铮?大功率led燈具散熱裝置的設(shè)計(jì) 楊桂婷 １，２ ，劉一兵 １ （１．邵陽職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程系，湖南邵陽　４２２０００；２．湖南大學(xué)電氣與信息工程學(xué)院，湖南長(zhǎng)沙?。矗保埃埃福玻?摘　要：采用ａｐｄｌ語言生成分析文件，建立了ｌｅｄ燈具熱沉的有限元模型，以熱沉翹片長(zhǎng)度、寬度和數(shù)目為設(shè) 計(jì)變量，以ｌｅｄ最高結(jié)溫為目標(biāo)函數(shù)，建立了優(yōu)化數(shù)學(xué)模型，采用ａｎｓｙｓ熱分析軟件進(jìn)行了優(yōu)化。結(jié)果表明熱沉 翹片長(zhǎng)度越長(zhǎng)，芯片最高結(jié)溫越低；翹片寬度越寬，芯片最高結(jié)溫越高；隨著翹片數(shù)目增加，最高結(jié)溫下降，但到 達(dá)一定數(shù)值時(shí)，結(jié)溫又會(huì)緩慢增大。在ｌｅｄ芯片結(jié)溫不超過６０℃的條件下，對(duì)熱沉結(jié)構(gòu)的優(yōu)化值分別為：翹片長(zhǎng)

通過控制大功率白光led熒光粉的點(diǎn)粉量來檢測(cè)大功率白光led的發(fā)光效率,同時(shí)討論了不同電流對(duì)led光效的影響.本實(shí)驗(yàn)中l(wèi)ed白光的產(chǎn)生是通過藍(lán)光led芯片加黃光熒光粉yag實(shí)現(xiàn)的,因而點(diǎn)熒光粉過程中點(diǎn)熒光粉量的改變直接影響了出射光的色坐標(biāo),即白光的純度.實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,點(diǎn)熒光粉的量在一定范圍內(nèi)可以與藍(lán)光led芯片發(fā)出純度較高的白光;同一個(gè)led驅(qū)動(dòng)電流的改變會(huì)引起發(fā)光效率的變化;不同的電流區(qū)域其線性關(guān)系也不相同,電流較小的區(qū)域?qū)?yīng)的發(fā)光強(qiáng)度的線性關(guān)系較好

文章基于瓦級(jí)大功率白光led在照明領(lǐng)域應(yīng)用的廣泛性和重要性,展開了瓦級(jí)大功率白光led光色電特性的研究。采用大功率led封裝設(shè)備與紫外-可見光-近紫外光譜分析系統(tǒng),制備并測(cè)量了瓦級(jí)大功率白色發(fā)光二極管(led)在不同正向電流if驅(qū)動(dòng)下的光通量、電功率、發(fā)光效率、發(fā)射光譜和色品坐標(biāo)等參數(shù)。研究表明,光通量與電功率隨if的增大呈亞線性增長(zhǎng)的趨勢(shì),而熒光粉轉(zhuǎn)換效率下降是影響其輻射功率的主要原因之一。當(dāng)電流增大時(shí),白光led光譜的藍(lán)光峰值出現(xiàn)先藍(lán)移后紅移的現(xiàn)象,而黃光部分光譜形狀無明顯變化。此外,色坐標(biāo)x、y值均隨著if的增大而降低,主波長(zhǎng)減小,色溫值升高。

通過對(duì)大功率led多層材料的封裝結(jié)構(gòu)進(jìn)行建模及數(shù)值分析，得到穩(wěn)態(tài)的溫度場(chǎng)分布、芯片最高溫度與環(huán)境溫度、lei）功率的變化關(guān)系，并利用熱阻模型對(duì)材料散熱效率進(jìn)行了優(yōu)化。對(duì)于單一肋片，存在一個(gè)使其熱阻最小的最佳肋厚。對(duì)于肋片組散熱器，肋片數(shù)量較少時(shí)也能使散熱器總熱阻較小，且應(yīng)盡量使肋片厚度接近單個(gè)肋片熱阻最小時(shí)的厚度，以更少的肋片數(shù)量獲得較小的散熱器總熱阻，這樣既能控制芯片的最高溫度，又可有效地節(jié)約成本。

為最大可能提高大功率led路燈發(fā)光板的電光轉(zhuǎn)化率與散熱效率,在不影響外量子效率前提下對(duì)led芯片設(shè)計(jì)采用擴(kuò)大led芯片面積,以及電極優(yōu)化技術(shù)增加led芯片的出光量,使芯片表面熱流均勻分布,芯片工作更穩(wěn)定。分析了大功率白光led的封裝過程對(duì)提高芯片取光率、保障白光質(zhì)量、器件散熱技術(shù)的綜合應(yīng)用。綜合上述技術(shù)及有限元分析軟件對(duì)大功率led器件封裝的熱阻分析結(jié)果,確定了cob(chiponboard)led芯片的陣列組裝技術(shù),為制造led路燈發(fā)光板的最佳技術(shù)方案。led芯片結(jié)溫很容易控制在120℃以下,與外部散熱技術(shù)兼容性好。通過光線最佳歸一化數(shù)學(xué)模型計(jì)算了led芯片陣列芯片間最佳距離。最后通過對(duì)各種白光led驅(qū)動(dòng)方案的比較,確定了白光led最佳驅(qū)動(dòng)方案為恒電流驅(qū)動(dòng)脈寬調(diào)制(pwm)調(diào)節(jié)亮度。

以大功率白光發(fā)光二極管(led)為光源,利用光學(xué)軟件tracepro模擬設(shè)計(jì)出滿足特定功率和照度要求的路燈照明系統(tǒng),并通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證其可行性。該模擬系統(tǒng)對(duì)實(shí)際開發(fā)具有指導(dǎo)意義。

qsi 檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn) 文件名稱文件編號(hào)qsi-005 白光led燈具輸入功率測(cè)試 標(biāo)準(zhǔn) 版本c 頁(yè)碼4to4 fp001-05b 1.目的 規(guī)范白光大功率led照明燈具在制程、出貨檢驗(yàn)過程中的功率檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，確保產(chǎn)品符合設(shè)計(jì)要求。 2.范圍 適用于公司使用大功率led光源的照明燈具。 3.標(biāo)準(zhǔn)要求（普通路燈系列） 序號(hào)燈具類型電源類型輸入電壓電源效率輸入功率pf值 16顆(350ma)10w 以訂單要求或 工程部資料為 準(zhǔn) ≥90%7.5±2w≥0.95 27顆(350ma)10w≥90%8.5±2w≥0.95 314顆(350ma)35w≥90%20±10%w≥0.95 424顆(350ma) 50w ≥90%30±10%w≥0.95 528顆(350ma)≥90%

為確定熒光層形狀對(duì)大功率白光led光學(xué)性能的影響,對(duì)藍(lán)光led發(fā)光晶片激發(fā)黃色熒光粉產(chǎn)生白光的熒光涂布工藝進(jìn)行了研究。分別通過大面積點(diǎn)膠、晶片表面點(diǎn)膠和保形熒光膠涂布工藝制得白光led樣品,利用積分球和角度測(cè)試機(jī)對(duì)白光led的光學(xué)性能進(jìn)行測(cè)試,結(jié)果表明,保形熒光層白光led的色溫、光強(qiáng)分布和發(fā)光角度等光學(xué)性能優(yōu)于大面積點(diǎn)膠和晶片表面點(diǎn)膠白光led的光學(xué)性能。

以兩種不同型號(hào)的大功率白光led為研究對(duì)象,通過熱阻法和正向壓降法綜合測(cè)量led的結(jié)溫,利用熒光光度計(jì)測(cè)量led光譜,研究大功率白光led的結(jié)溫與光譜之間的關(guān)系。結(jié)果發(fā)現(xiàn)對(duì)于不同類型的led管,光譜藍(lán)白比w/b(w為整個(gè)白光發(fā)光光譜的積分,b為藍(lán)光部分的積分)與pn結(jié)結(jié)溫tj均存在線性關(guān)系,但線性關(guān)系式不同;對(duì)于同一led管,小電流對(duì)應(yīng)直線斜率的絕對(duì)值比大電流的大。對(duì)這些特點(diǎn)及其相關(guān)的物理機(jī)制做了分析。

led路燈與常規(guī)高壓鈉燈路燈不同的是，大功率led路燈的光源采用低壓直 流供電、由gan基功率型藍(lán)光led與黃色熒光粉合成的高效白光二極管， 具有高效、安全、節(jié)能、環(huán)保、壽命長(zhǎng)、響應(yīng)速度快、顯色指數(shù)高等獨(dú)特 優(yōu)點(diǎn)，可廣泛應(yīng)用于城市道路照明。外罩可用pc管制作，耐高溫達(dá)135度， 耐低溫達(dá)-45度。 發(fā)光二極管(lightemittingdiode，簡(jiǎn)寫為led)是基于半導(dǎo)體pn結(jié)形 成的用微弱的電能就能發(fā)光的高效固態(tài)光源，在一定的正向偏置電壓和注 入電流下，注入p區(qū)的空穴和注入n區(qū)的電子在擴(kuò)散至有源區(qū)后經(jīng)輻射復(fù) 合而發(fā)出光子，將電能直接轉(zhuǎn)化為光能。 優(yōu)點(diǎn) 1、led路燈本身的特性——光的單向性，沒有光的漫射，保證光照效 率。 2、led路燈有獨(dú)特的二次光學(xué)設(shè)計(jì)，將led路燈的光照射到所需照明 的區(qū)域，進(jìn)一步提高了光照效率，以達(dá)到節(jié)能目的。

煙囪效應(yīng)具有強(qiáng)化對(duì)流、增強(qiáng)換熱的能力。本研究設(shè)計(jì)了一款基于煙囪效應(yīng)的大功率led燈具散熱器,采用有限元分析法分析煙囪效應(yīng)在散熱器散熱過程中的作用效果。分別探討了煙囪的高度、煙道孔徑以及煙囪個(gè)數(shù)對(duì)散熱器散熱性能的影響。研究表明,本研究中煙囪煙道孔徑的最佳尺寸為6mm。煙囪的高度可依據(jù)散熱器的高度設(shè)計(jì)取40mm~50mm。在設(shè)計(jì)條件允許的前提下,煙囪個(gè)數(shù)越多散熱器散熱效果越好。

大功率白光led的結(jié)溫與發(fā)光光譜特性研究 作者：陳海燕，趙光華，趙福利，chenhaiyan，zhaoguanghua，zhaofuli 作者單位：陳海燕,趙福利,chenhaiyan,zhaofuli(中山大學(xué)光電材料與技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,廣東,廣 州,510275)，趙光華,zhaoguanghua(中國(guó)科學(xué)院廣州電子技術(shù)有限公司,廣東,廣州 ,510275) 刊名： 中山大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版） 英文刊名：actascientiarumnaturaliumuniversitatissunyatseni 年，卷(期)：2009,48(3) 被引用次數(shù)：5次 參考文獻(xiàn)(12條) 1.彭萬華我國(guó)超高亮度及白光led產(chǎn)業(yè)的現(xiàn)狀與發(fā)展[期刊論文]-激光與紅外2005(04) 2.gelcorejpthermalchalleng

led燈具散熱詳細(xì)計(jì)算　吸頂式10led燈具的led散熱計(jì)算 　　吸頂式10led燈具原采用白熾燈為光源，因其光源壽命短，抗振性能差，燈具維護(hù)頻繁，維護(hù)成本高。為了 　　散熱方案：將led光學(xué)模塊通過輻射和對(duì)流的方式對(duì)外散熱。具體方案是，將10個(gè)1w的led光源用回流焊方 　　led光源散熱計(jì)算： 　　led的散熱模型如下圖所示 2012-6-409:47:50上傳 下載附件(8.76kb) 　　因led光源用回流焊接到鋁基板上，而該鋁基板與黃銅殼體(散熱器)通過螺釘緊固而連接。熱量通過傳導(dǎo)方式 　　led,其功率采用1w，查規(guī)格得知，從接合點(diǎn)到焊接點(diǎn)(rthj-sp)的熱阻值為11°c/w，最高接合點(diǎn)溫度為120 　　在led焊接點(diǎn)和散熱片間的熱阻值rthsp-h取決于包括表面拋光度、平整度、所施加的安裝應(yīng)力、接觸面積 　　tj=

【名稱】1w大功率正白光led燈珠 【使用芯片】正規(guī)臺(tái)灣奇美芯片 【色溫】6000-6300k 【正向電流】350ma 【光通量】80-90lm(流明) 【正向電壓】3.3-3.6v 【反向電壓】5v 【功率】1w 【發(fā)光角度】180度 【工作溫度】-20-60度 【儲(chǔ)存溫度】20-60度 【亮度衰減】工作5000小時(shí)后3% 【壽命】50，000小時(shí) 雙金線正品1w大功率led燈珠led光源 顏色：白光暖白光 工作電壓：3.0-3.5v 工作電流:350ma 角度:120 色溫：6000-7000k3000-3500k 亮度：80-90lm 需要帶鋁基板 1w大功率led光源白光發(fā)光二極管led燈珠 注:不帶鋁基板! 規(guī)格:1w大功率白光 色溫:白光6

第20卷　第3期 2005年6月 液　晶　與　顯　示 chinesejournalofliquidcrystalsanddisplays vol120,no13 jun.,2005 文章編號(hào):100722780(2005)0320250204 多芯片集成大功率白光led照明光源 吳海彬1,2,葉　光2,王昌鈴2 (11福州大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院,福建福州　350002,e2mail:wuhb@fzu.edu.cn; 21福建省蒼樂電子企業(yè)有限公司,福建福州　350007) 摘　要:通過對(duì)自行設(shè)計(jì)的集成功率型1w白光led進(jìn)行測(cè)試,發(fā)現(xiàn)當(dāng)持續(xù)點(diǎn)亮900h時(shí),其 光通量衰減只有12%,比傳統(tǒng)支架型封裝的白光led明顯慢,而色溫飄移也不明顯。1w白 光led的色溫可以覆蓋

對(duì)4種1w白光功率led進(jìn)行了100～900ma的變驅(qū)動(dòng)電流光學(xué)特性試驗(yàn)。分析了熒光粉轉(zhuǎn)換效率隨驅(qū)動(dòng)電流變化的內(nèi)在機(jī)理,一是由于驅(qū)動(dòng)電流增大導(dǎo)致藍(lán)光芯片內(nèi)量子限制斯塔克效應(yīng)引起峰值波長(zhǎng)藍(lán)移,致使藍(lán)光與熒光粉的匹配程度降低;二是由于驅(qū)動(dòng)電流增大導(dǎo)致器件溫度升高,熒光粉的非輻射增多,且其激發(fā)態(tài)能級(jí)分裂加劇,導(dǎo)致部分能量降低,黃光波長(zhǎng)出現(xiàn)紅移現(xiàn)象。通過分析上述兩種因素的綜合作用,得出了熒光粉轉(zhuǎn)換效率隨驅(qū)動(dòng)電流變化的規(guī)律,并據(jù)此提出改進(jìn)白光led驅(qū)動(dòng)電流特性的建議。

文章主要分析在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與傳統(tǒng)燈具的區(qū)別,led需要考慮3個(gè)主要方面,光源和燈具,電氣傳動(dòng)與控制的光分布系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),從這3方面對(duì)led燈具散熱性能的燈籠。

對(duì)一種大功率led路燈的散熱結(jié)構(gòu)建立數(shù)值模型,采用cfd軟件對(duì)其進(jìn)行熱分析,得到其穩(wěn)態(tài)的溫度場(chǎng)分布。并對(duì)散熱結(jié)構(gòu)中影響散熱的各個(gè)因素如:熱管數(shù)目、銅熱沉尺寸、粘結(jié)層厚度和環(huán)境溫度等進(jìn)行了分析。結(jié)果表明,熱管數(shù)目、環(huán)境溫度和粘結(jié)層厚度對(duì)照明燈具中l(wèi)ed芯片的溫度分布有著重要的影響,銅熱沉尺寸對(duì)芯片溫度分布影響很小,根據(jù)分析結(jié)果對(duì)所建立的模型進(jìn)行優(yōu)化,在經(jīng)濟(jì)和效果之間達(dá)到較好的平衡,獲得了較好的優(yōu)化效果。