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采用Icepak软件对大功率LED热管翅片散热器的散热数据测试


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         测试所用的散热器为:热管翅片散热器,它的结构组成包括:铝质的固定基座、连接在固定基座上的热管和连接在热管上的长方形翅片组成,用来散热的热管安装在固定铝合金底座上,热管蒸发端外圆周切线与固定基座平面在同一水平面上,即与大功率LED芯片背板与热管直接接触,翅片与热管采用钎焊或铆接连接,大功率LED芯片安装在固定基座上。热管冷凝端为直形且与固定基座呈45°角,利用重力作用增加工质回流动力,同时增加翅片的迎风面积,翅片之间均匀相隔,翅片平面与固定基座垂直,能够有效利用地面的垂直对流,四组翅片间隔90°均匀分布,能够有效利用各个方向的自然风。结构模型中:LED芯片产生热量的功率为100W,芯片光源模组尺寸为25mmX25mm,芯片背板尺寸为40mmX40mmX1mm且其导热率为216W/m.K,固定基座尺寸为60mmX60mmX30mm且其导热率为216W/m.K,热管冷凝端与固定基座平面呈45°角,翅片尺寸为90mmX50mmX 1mm,共4X25片(翅片尺寸也可呈从内至外逐渐减小的梯度变化从而形成“塔形”结构),翅片间距5mm,总散热面积为0. 9m2,环境温度为25°C.大功率LED芯片内热阻、导热胶热阻分别为:0025°C/W.采用Ice-pak软件对建立的结构模型进行散热仿真分析,研究热管导热系数、自然风风速、热管直径、翅片导热系数和翅片表面发射率对芯片结温的影响。

  热设计结果与讨论1热管导热系数与自然风风速对芯片结温的影响给出热管导热系数为30直径为10mm时,自然对流条件下与自然风风速为2m/s条件下的LED芯片与散热器温度分布云图。给出热管导热系数为220W/mK时,自然对流条件下与自然风风速为2m/S条件下的LED芯片与散热器温度分布云阁。表1给出内然对流条件下热管(直径为1mm)导热系数对LED芯片结温的影响关系。表2给出当热管导热系数为30000W/m.K、直径为10mm时,风速对LED芯片结温的影响关系。由上面可以了解到热管导热系数对系统温度分布以及芯片结温有显著影响。热管导热系数越高,能够将LED芯片产生的热量越快的由蒸发端传导至冷凝端,这使得系统温度分布越均匀、温差越小,LED芯片结温越低。由、以及表2可以看出自然风风速对系统温度分布以及芯片结温有显著影响。随着风速的增加,翅片表面与空气的对流换热系数增加,翅片能够将传导至热管冷凝端的热量快速的耗散掉,这使得系统温度分布越均匀、温差越小,LED芯片结温越低。当风速为7m/s时,LED芯片结温已经降至非常低的40. 83°C,风速的再增加使LED芯片结温降低不显著(a)自然厉'(b)风速为2m/s热管导热系数为30直径为10mm时LED芯片与散热器的温度分布云图(a)自然对流(b)风速为2m/s热管导热系数为220直径为10mm时LED芯片与散热器的温度分布云图表1热管导热系数与I上I)芯片结温的关系执管导执系数AW/m LEI)芯片结温/t表2自然风风速与UED芯片结温的关系自然风LED芯片结温/t 3.2热管直径对芯片结温的影响径为40mm时的LED芯片勺散热器温度分布云图。
  热管导热系数为10直径为40mm时LEI)芯片与散热器的温度分布云图热管直径对芯片结温的影响关系。
  热管直径对芯片结温的影响由和表3可以看出,热管直径对系统温度分布以及芯片结温有显著影响。LED芯片尺寸为25mmX25mm,热量集中产生于此范围,随着热管直径的逐渐增加。芯片背板与热管之间的传导热阻以及散热器的热阻逐渐降低,热量被越快的传导出,因此,系统温度分布越均匀、温差越小。芯片结温越低。当热管直径大于芯片尺寸时,由于热量大小、产生范围的限制以及由于热管导热系数足够高,LED芯片产生的热量能够被足够快的传导出,热管直径的进一步增加不能再显著降低芯片结温。
        翅片导热系数对芯片结温的影响径为10mm以及翅片导热系数为10000W/m.K时的LED芯片与散热器温度分布云图。
  热管导热系数为10直径为10mm以及翅片导热系数为10000W/mK时LED芯片与散热器的温度分布云图径为10mm时,翅片导热系数对芯片结温的影响关系。
  翅片导热系数对芯片结温的影响翅片导热LED芯片结温/°c由和表4可以看出,翅片导热系数对系统温度分布以及芯片结温无显著影响。由于热管的等温特性以及由于翅片的散热面积非常大,当翅片导热系数为220W/mK时,翅片组热阻也仅为0.2°C/W,因此,当翅片导热系数增加一个数量级时,翅片组热阻仅由。2°C/W降低至0.02°C/ W,翅片组热阻变化很小。因此,在翅片表面与空气的对流换热系数不变的条件下,翅片导热系数对芯片结温无显著影响,翅片表面辐射率对芯片结温的影响表5给出不同翅片表面辐射率下的芯片结温。
  翅片表面辐射率对芯片结温无显著影响。辐射散热与温度的四次方成正比,但由于翅片温度比环境温度仅高出约15摄氏度,辐射散热不显著,因此,翅片表面辐射率对芯片结温无显著影响。
  翅片表面辐射率对芯片结温的影响表面辐射率芯片结温4结论采用Icepak软件对一种能够有效利用自然风和垂直对流的大功率LED热管翅片散热器进行热设计研究,结果表明热管导热系数、直径以及自然风风速对芯片结温有显著影响,芯片结温随热管导热系数、直径以及自然风风速的增加而降低,翅片导热系数和表面辐射率对芯片结温无显著影响。
 
      通过使用Icepak软件对大功率LED热管翅片散热器的测试研究,所得的出结果将会为设计大功率LED散热器提供更有效参考,以不断改进散热工艺。

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