当前位置:主页 > 科技论文 > 电子信息论文 >

大功率LED散热模拟与优化设计

发布时间:2017-12-18 20:32

  本文关键词:大功率LED散热模拟与优化设计


  更多相关文章: 大功率LED 稳态传热 流固耦合模拟 影响因素 优化设计


【摘要】:发光二极管(LED)是二十一世纪的新型绿色照明光源,具有环保节能、体积小、寿命长等优势,但是其电光转换效率不高,80~90%的功率转化为热量散失掉,造成LED的结温升高,进而又影响其发光效率,因此研究高效散热的LED具有重要的意义。本文以大功率LED为研究对象,采用ANSYS Workbench软件对其进行相关的数值模拟研究,主要研究内容及结论如下:(1)建立了大功率LED纯固体结构的稳态传热模型,得出模拟的结温是65.073℃,总热阻是47.145℃/W;根据热阻网络模型理论计算出LED的总热阻是49.9℃/W,结温是67.415℃;稳态模拟的结温比理论计算的结温低2.342℃,约为3.47%,稳态模拟的热阻比理论计算的热阻低2.755℃/W,约为5.52%。(2)建立了大功率LED基于空气强迫冷却、结构传热以及结构热应力的多场耦合模型;得出耦合模拟的结温是65.114℃,总热阻是47.19℃/W;耦合模拟的结温比理论计算的结温低2.301℃,约为3.41%,耦合模拟的总热阻比理论计算的总热阻低2.71℃/W,约为5.43%;耦合模拟得出GaN芯片上温度最高,温度最低的位置是透镜的顶部;发生的最大总变形量是5.2529?10-3mm,热应变是8.8363?10-4mm/mm,GaN芯片上的最大等效冯米塞斯应力是266.67MPa,铝合金材料结构的最大等效冯米塞斯应力是40MPa左右。(3)对大功率LED进行基于耦合模拟的影响因素分析,分别研究了进口风速、进口半径、基板厚度、翅片高度、键合材料、基板面材料、翅片开缝7个因素对LED散热性能的影响,得出:1)LED的结温、总变形量、等效弹性应变、热应变、等效冯米塞斯应力、应变能均随进口风速(1~8m/s)、进口半径(1~7mm)、翅片高度(4~22mm)和开缝翅片数目(4?1、4?2、4?3)的提高逐渐降低;2)LED的结温随基板厚度(0.5~3.0mm)的增加逐渐降低,后趋于平缓;总变形量随基板厚度的增加先减小后逐渐增大;等效弹性应变、等效冯米塞斯应力随基板厚度的增加先迅速增大,微小变化后逐渐减小;热应变和应变能随基板厚度的增加而逐渐减小;3)LED的结温、等效弹性应变、热应变以及等效冯米塞斯应力随键合材料的影响:Au80Sn20Pb40Sn60;总变形和应变能随键合材料的影响:Au80Sn20Pb40Sn60;4)LED的结温、热应变随基板面材料的影响:铝合金碳化硅铜;总变形量、应变能随基板面材料的影响:碳化硅铝合金铜;等效弹性应变、等效冯米塞斯应力随基板面材料的影响:铝合金铜碳化硅。(4)基于耦合模拟,对大功率LED的多个设计变量(进口风速、进口半径、基板厚度、翅片高度)进行基于遗传算法的多目标优化研究,优化前进口风速是4m/s、进口半径是5mm、基板厚度是1mm、翅片高度是5mm,优化后进口风速是4.7067m/s、进口半径是5.8511mm、基板厚度是1.1412mm、翅片高度是22.498mm;优化前大功率LED的结温是65.114℃,总热阻是47.19℃/W,GaN芯片上的等效冯米塞斯应力是266.67MPa,优化后的结温是37.913℃,总热阻是15.19℃/W,等效冯米塞斯应力是76.79Mpa;优化后的结温较优化前降低了27.201℃,约为41.77%,总热阻降低了32℃/W,约为67.81%,芯片上的等效冯米塞斯应力降低了189.88MPa,约为71.20%,优化后大功率LED的散热效果显著增强,结构热应力更小,可靠性更高。
【学位授予单位】:郑州大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:TN312.8

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 杨旭;周雒维;杜雄;沈刚;徐铭伟;;绝缘栅双极型晶体管结温测量方法及其发展[J];电测与仪表;2012年02期

2 ;结温老化[J];半导体技术;1978年03期

3 费翔;钱可元;罗毅;;大功率LED结温测量及发光特性研究[J];光电子.激光;2008年03期

4 陈明;胡安;唐勇;汪波;;绝缘栅双极型晶体管脉冲工作时结温特性及温度分布研究[J];西安交通大学学报;2012年04期

5 David L.Blackburn;周焕文;;关于功率晶体管峰值结温的电测量技术[J];半导体情报;1978年04期

6 王惠艳;;晶闸管结温过高跳闸分析[J];高压电器;2010年10期

7 俞庆生;夏勋力;刘锐均;;大功率LED照明灯具的器件结温估算方法[J];中国照明电器;2011年09期

8 闫军政;杨士元;吴维刚;张金龙;;功率控制器结温无损伤测量技术研究与实现[J];半导体技术;2013年01期

9 杨敏杰;张伟;;两种旁路二极管结温测试方法的分析与比较[J];科技创新与应用;2013年20期

10 朱阳军;苗庆海;张兴华;卢烁今;;基于实际结温分布中小电流过趋热效应的验证[J];半导体学报;2007年07期

中国重要会议论文全文数据库 前9条

1 童家岭;邵妍;李晓春;毛军发;;基于场路等效的三维封装热模型与热分析[A];2011年全国微波毫米波会议论文集(下册)[C];2011年

2 郭伟玲;王晓明;陈建新;邹德恕;沈光地;;LED结温的测量方法研究[A];海峡两岸第十四届照明科技与营销研讨会专题报告暨论文集[C];2007年

3 慕建伟;滕飞;李开祥;宿天赋;李志;;LED结温及其计算方法[A];第二十七届中国(天津)2013IT、网络、信息技术、电子、仪器仪表创新学术会议论文集[C];2013年

4 张志坚;;热阻法在IPM模块结温测试中的应用[A];《IT时代周刊》论文专版(第300期)[C];2014年

5 贾颖;李逗;曾晨晖;梁伟;曹红;;控制结温的功率晶体管稳态工作寿命试验的实现[A];第十一届全国可靠性物理学术讨论会论文集[C];2005年

6 吴军科;周雒维;孙鹏菊;杜雄;;功率变流器中IGBT模块的结温管理策略研究[A];第七届中国高校电力电子与电力传动学术年会论文集[C];2013年

7 毛德丰;郭伟玲;贾学姣;张勇辉;高国;沈光地;;功率LED热学特性研究[A];海峡两岸第十五届照明科技与营销研讨会专题报告暨论文集[C];2008年

8 张德骏;曹红;苗庆海;王家俭;张兴华;杨志伟;满昌峰;;控剖晶体管结温的稳态工作寿命试验方法[A];中国电子学会可靠性分会第十届学术年会论文集[C];2000年

9 毛德丰;郭伟玲;高国;沈光地;;功率LED电压与温度关系研究[A];中国照明论坛——城市照明节能规划、设计与和谐发展科技研讨会专题报告文集[C];2009年

中国重要报纸全文数据库 前6条

1 何山嵩 广东;LED的寿命预测[N];电子报;2010年

2 上海力兹照明电气有限公司 汪钢 赵正之;LED灯条灯泡结温的测量[N];消费日报;2014年

3 国家电光源质量监督检验中心(上海) 国家灯具质量监督检验中心 上海时代之光照明电器检测有限公司 俞安琪;LED照明产品检测方法中的缺陷及改善的对策(之二)[N];消费日报;2012年

4 国家电光源质量监督检验中心(上海) 国家灯具质量监督检验中心 上海时代之光照明电器检测有限公司 俞安琪;LED照明产品检测方法中的缺陷及改善的对策(之四)[N];消费日报;2012年

5 国家电光源质量监督检验中心(上海) 国家灯具质量监督检验中心 上海时代之光照明电器检测有限公司 俞安琪;LED照明产品检测方法中的缺陷及改善的对策(之三)[N];消费日报;2012年

6 杭州浙大三色仪器有限公司董事长 牟同升;LED检测:满足产品需求 新应用领域有差距[N];中国电子报;2007年

中国博士学位论文全文数据库 前6条

1 吴军科;非平稳工况变流器IGBT模块结温平滑控制研究[D];重庆大学;2015年

2 罗皓泽;基于动态热敏电参数法的大容量IGBT模块结温在线提取原理和方法研究[D];浙江大学;2015年

3 陈全;大功率LED结温测试及其在封装热管理中的应用研究[D];华中科技大学;2012年

4 张晶晶;大功率白光LED阵列结温光谱检测技术的研究[D];中国科学院研究生院(上海技术物理研究所);2014年

5 刘木清;照明用LED光效的热特性及其测试与评价方法的研究[D];复旦大学;2009年

6 张芹;大功率LED模块温度湿度加速寿命试验研究[D];华中科技大学;2011年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 田坤淼;基于混合法的LED灯具结温表征及快速寿命预测研究[D];桂林电子科技大学;2015年

2 孔亚楠;大功率LED结温预测模型的研究[D];燕山大学;2015年

3 王勇;智能功率模块可靠性的有限元仿真研究[D];上海交通大学;2015年

4 李高显;风电变流器中功率半导体器件可靠性评估及其改善措施的研究[D];重庆大学;2015年

5 王贺;IGBT功率模块结温探测和寿命预测[D];河北工业大学;2015年

6 黄欢;IGBT功率模块热传导与退化研究[D];河北工业大学;2015年

7 李家昌;4H-SiC PiN二极管高温可靠性研究[D];西安电子科技大学;2014年

8 武玫;GaN HEMTs器件结温测试与变温特性的研究[D];西安电子科技大学;2014年

9 漆琴;功率型LED结温检测与ANSYS仿真分析[D];杭州电子科技大学;2015年

10 于燕来;基于驱动电路参数调整的功率模块结温控制研究[D];重庆大学;2015年



本文编号:1305541

资料下载
论文发表

本文链接:https://www.wllwen.com/kejilunwen/dianzigongchenglunwen/1305541.html


Copyright(c)文论论文网All Rights Reserved | 网站地图 |

版权申明:资料由用户bb212***提供,本站仅收录摘要或目录,作者需要删除请E-mail邮箱bigeng88@qq.com