基于压电驱动的大功率LED主动散热装置的研究
发布时间：2021-10-16 03:26
LED（Light Emitting Diode）作为第四代光源拥有体积小、低能耗、寿命长等优点。随着LED照明行业的飞速发展,LED的功率和集成度越来越大,产生的热量也越来越高,如何有效的降低芯片结温已经成为LED行业重要的研究问题之一。压电风扇是一种新型的散热装置,具有体积小、结构简单、低功耗、低噪声等优点,在狭小空间的强迫对流散热方面具有广阔的应用前景。本文利用理论、仿真分析和实验研究的方法对压电风扇进行系统性的研究,具体的研究内容如下:（1）压电风扇振动性能的研究。基于压电理论和悬臂梁振动理论,分析了压电参数之间的耦合关系,得到了压电风扇的固有频率和固有振型的函数表达式;利用ANSYS Workbench软件对压电风扇进行模态分析和谐响应分析,得到了压电风扇的固有频率和振幅大小;随后从压电风扇的结构出发,分析压电风扇各组成部分的重要参数对压电风扇振动性能的影响,为高性能压电风扇的设计制作提供参考;最后搭建相应的实验平台,对压电风扇进行实验测量,得到其固有频率、振幅以及风扇尖端产生的风速大小,通过对比实验结果、理论计算结果和仿真结果,验证了其仿真的准确性。（2）压电风扇的散热性能...
【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：97 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
热沉在LED中的应用[17]
第一章绪论3图1-1热沉在LED中的应用[17]翅片散热具有结构简单稳定、价格便宜、造型方便的优点，也可以在一定程度上控制LED的温度。然而在大功率LED中，由于热流密度很大，热阻很大，所以它的散热效率比较低，效果并不是很理想。通常与传统旋转风扇组合，增强热沉表面对流换热能力，如图1-2所示。传统风扇采用电机作为动力元件，所占空间大，噪声大，耗电量大，且可靠性低，使用寿命比LED短。图1-2带传统风扇的LED热沉[20]1.2.2热电制冷技术热电制冷设备是由不同半导体构成的一款散热装置，它的原理是利用了半导体材料的珀尔帖效应，当电流通过不同半导体间的界面时，电偶两端会从外界进行吸收热量和放出热量，吸热一端就达到了制冷效果。工作原理如图1-3所示。在界面A端，当电流从N型半导体进入P型半导体时，N型半导体中的电子和P型半导体中的空穴相背而行。P型半导体满带内的电子跃迁到导带成为自由电子，同时满带内原位置处变成空穴，形成了电子空穴对。自由电子从A端到达N型半导体的导带。同样，N型半导体满带中也会形成电子空穴对，空穴从A端到达P型满带。形成电子空穴对时，电子摆脱束缚需要吸收热量，然而电子和空穴在电位差相反方向下通过A端界面时需要释放热量，但是
电子科技大学硕士学位论文4热量远远小于前者，从而在A端产生制冷效应，即冷端。反之在B端，当电流从P型半导体到达N型半导体时，N型半导体中的自由电子和P型半导体中的空穴因电场作用相向而行，N型半导体导带内的电子从B端到达P型半导体导带，同时P型半导体满带内的空穴到达N型半导体的满带，它们在电位差相同方向通过B端，在B端需要吸收热量。但是到达P型导带的自由电子很快和满带内空穴结合形成稳定结构，需要释放热量，同理到达N型满带的空穴也很快和自由电子结合，释放热量，这里释放的热量远远大于吸收的热量，在B端呈现出放热效应，即热端。通常利用热电制冷器的冷端进行散热。热电致冷的优点是结构简单，体积小，设计灵活，工作时无噪音，无污染。缺点是器件本身会消耗电能，而且热电转换效率不高，会使LED的节能特性变差。图1-3热电制冷原理图1.2.3热管技术热管是60年代出现的一款新型高导热性能的传热器件，它的结构简单，其导热性能和铜棒相比更为优秀，拥有“超导体”的美誉。工作原理如图1-4所示，热管中有蒸发端和冷凝端，在蒸发端吸热，管内液体蒸发成蒸汽，由于管内压差，蒸汽流向冷凝端，在冷凝端放热冷凝成液体，然后通过吸液芯吸回到蒸发端，完成了循环散热。热管具有散热效率高，结构简单，耐用等特点。但相对的，制造工艺变复杂，成本增加，并且在电子器件中有液体泄漏的隐患。
【参考文献】：
期刊论文
[1]压电风扇激励下柱鳍热沉传热实验[J]. 李鑫郡,张靖周,谭晓茗. 工程热物理学报. 2018(01)
[2]存在横流时双压电风扇激励传热特性[J]. 李鑫郡,张靖周,谭晓茗. 航空学报. 2018(01)
[3]单个压电风扇传热特性[J]. 李鑫郡,张靖周,谭晓茗. 航空学报. 2017(07)
[4]压电风扇非定常流场速度分布的数值研究[J]. 孔岳,李敏,吴蒙蒙. 工程力学. 2016(01)
[5]压电风扇结构设计与参数影响研究[J]. 孔岳,李敏,辛庆利. 北京航空航天大学学报. 2016(09)
[6]侧喷式微型压电合成射流器制作及其振动测试[J]. 王树山,马炳和,邓进军,曲红冬. 航空精密制造技术. 2014(03)
[7]LED散热技术及其研究进展[J]. 郭凌曦,左敦稳,孙玉利,周驰,方钰. 照明工程学报. 2013(04)
[8]大功率LED器件散热技术与散热材料研究进展[J]. 陈海路,胡书春,王男,林志坚,夏根培,刘闻凤,任凯旋,冀磊,单春丰. 功能材料. 2013(S1)
[9]压电风扇激励非定常流动和换热特性数值研究[J]. 谭蕾,谭晓茗,张靖周. 航空学报. 2013(06)
[10]浅谈我国LED医疗照明的应用与发展[J]. 鲁广洲. 灯与照明. 2011(03)
博士论文
[1]LED散热器热分布的数学建模与数值模拟[D]. 孙历霞.浙江大学 2016
硕士论文
[1]压电风扇结构形式的散热性能研究[D]. 马海亮.西安电子科技大学 2018
[2]基于压电材料的悬臂梁振动主动控制研究[D]. 钟声.大连理工大学 2014
[3]我国LED照明产业发展问题研究[D]. 田伟达.山西财经大学 2011
本文编号：3439054
【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：97 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
热沉在LED中的应用[17]
第一章绪论3图1-1热沉在LED中的应用[17]翅片散热具有结构简单稳定、价格便宜、造型方便的优点，也可以在一定程度上控制LED的温度。然而在大功率LED中，由于热流密度很大，热阻很大，所以它的散热效率比较低，效果并不是很理想。通常与传统旋转风扇组合，增强热沉表面对流换热能力，如图1-2所示。传统风扇采用电机作为动力元件，所占空间大，噪声大，耗电量大，且可靠性低，使用寿命比LED短。图1-2带传统风扇的LED热沉[20]1.2.2热电制冷技术热电制冷设备是由不同半导体构成的一款散热装置，它的原理是利用了半导体材料的珀尔帖效应，当电流通过不同半导体间的界面时，电偶两端会从外界进行吸收热量和放出热量，吸热一端就达到了制冷效果。工作原理如图1-3所示。在界面A端，当电流从N型半导体进入P型半导体时，N型半导体中的电子和P型半导体中的空穴相背而行。P型半导体满带内的电子跃迁到导带成为自由电子，同时满带内原位置处变成空穴，形成了电子空穴对。自由电子从A端到达N型半导体的导带。同样，N型半导体满带中也会形成电子空穴对，空穴从A端到达P型满带。形成电子空穴对时，电子摆脱束缚需要吸收热量，然而电子和空穴在电位差相反方向下通过A端界面时需要释放热量，但是
电子科技大学硕士学位论文4热量远远小于前者，从而在A端产生制冷效应，即冷端。反之在B端，当电流从P型半导体到达N型半导体时，N型半导体中的自由电子和P型半导体中的空穴因电场作用相向而行，N型半导体导带内的电子从B端到达P型半导体导带，同时P型半导体满带内的空穴到达N型半导体的满带，它们在电位差相同方向通过B端，在B端需要吸收热量。但是到达P型导带的自由电子很快和满带内空穴结合形成稳定结构，需要释放热量，同理到达N型满带的空穴也很快和自由电子结合，释放热量，这里释放的热量远远大于吸收的热量，在B端呈现出放热效应，即热端。通常利用热电制冷器的冷端进行散热。热电致冷的优点是结构简单，体积小，设计灵活，工作时无噪音，无污染。缺点是器件本身会消耗电能，而且热电转换效率不高，会使LED的节能特性变差。图1-3热电制冷原理图1.2.3热管技术热管是60年代出现的一款新型高导热性能的传热器件，它的结构简单，其导热性能和铜棒相比更为优秀，拥有“超导体”的美誉。工作原理如图1-4所示，热管中有蒸发端和冷凝端，在蒸发端吸热，管内液体蒸发成蒸汽，由于管内压差，蒸汽流向冷凝端，在冷凝端放热冷凝成液体，然后通过吸液芯吸回到蒸发端，完成了循环散热。热管具有散热效率高，结构简单，耐用等特点。但相对的，制造工艺变复杂，成本增加，并且在电子器件中有液体泄漏的隐患。
【参考文献】：
期刊论文
[1]压电风扇激励下柱鳍热沉传热实验[J]. 李鑫郡,张靖周,谭晓茗. 工程热物理学报. 2018(01)
[2]存在横流时双压电风扇激励传热特性[J]. 李鑫郡,张靖周,谭晓茗. 航空学报. 2018(01)
[3]单个压电风扇传热特性[J]. 李鑫郡,张靖周,谭晓茗. 航空学报. 2017(07)
[4]压电风扇非定常流场速度分布的数值研究[J]. 孔岳,李敏,吴蒙蒙. 工程力学. 2016(01)
[5]压电风扇结构设计与参数影响研究[J]. 孔岳,李敏,辛庆利. 北京航空航天大学学报. 2016(09)
[6]侧喷式微型压电合成射流器制作及其振动测试[J]. 王树山,马炳和,邓进军,曲红冬. 航空精密制造技术. 2014(03)
[7]LED散热技术及其研究进展[J]. 郭凌曦,左敦稳,孙玉利,周驰,方钰. 照明工程学报. 2013(04)
[8]大功率LED器件散热技术与散热材料研究进展[J]. 陈海路,胡书春,王男,林志坚,夏根培,刘闻凤,任凯旋,冀磊,单春丰. 功能材料. 2013(S1)
[9]压电风扇激励非定常流动和换热特性数值研究[J]. 谭蕾,谭晓茗,张靖周. 航空学报. 2013(06)
[10]浅谈我国LED医疗照明的应用与发展[J]. 鲁广洲. 灯与照明. 2011(03)
博士论文
[1]LED散热器热分布的数学建模与数值模拟[D]. 孙历霞.浙江大学 2016
硕士论文
[1]压电风扇结构形式的散热性能研究[D]. 马海亮.西安电子科技大学 2018
[2]基于压电材料的悬臂梁振动主动控制研究[D]. 钟声.大连理工大学 2014
[3]我国LED照明产业发展问题研究[D]. 田伟达.山西财经大学 2011
本文编号：3439054
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