Die Leuchtdiode (LED) ist eine der vielversprechendsten neuen Kaltlichtquellen des 21. Jahrhunderts. Der lichtemittierende Mechanismus von LEDs besteht darin, dass die Elektronen im PN-Übergang zwischen den Energiebändern zur Erzeugung von Lichtenergie übergehen und der Chip ein Fieberphänomen aufweist, insbesondere eine Hochleistungs-LED, die unter Verwendung mehrerer zu einem Modul zusammengesetzt wird LEDs, und die Wärmeabgabe ist stark erhöht. Gegenwärtig werden nur 15% -20% der Energie von LED in Lichtenergie umgewandelt, und die verbleibenden 80% -85% der Energie werden in Wärmeenergie umgewandelt, und die Chipgröße beträgt nur 2112,52,5 mm². was zu einer großen Leistungsdichte des Chips führt (bis zu 21). / Wmm Größe). Die Wärmeableitung der LED-Vorrichtung ist jedoch relativ schlecht. Erstens kann, da das Infrarotspektrum der weißen LED nicht den Infrarotanteil enthält, das heißt, seine Wärme nicht durch Strahlung freigesetzt werden; zweitens sind der Diffusionswärmewiderstand und der Wärmewiderstand der LED-Lampe groß. Eine schlechte Wärmeableitung kann zu schwerwiegenden Konsequenzen führen, wie z. B. einer Verringerung der Lichtleistung der LED, einer Verkürzung der Lebensdauer des Geräts und einer Verschiebung der dominanten Wellenlänge der LED. Daher ist es eines der Hauptprobleme, diese Wärmeenergie auf kürzestem Weg und mit der schnellsten Methode zu erzeugen und die Emissionen zu maximieren.
Das LED-Wärmemanagement umfasst hauptsächlich drei Aspekte: Chip-Level, Package-Level und Systemintegrations-Heat-Level. Unter diesen ist der Chip die Hauptheizkomponente, seine Quanteneffizienz bestimmt die Wärmeeffizienz und das Substratmaterial bestimmt die Wärmeübertragungseffizienz des Chips; Bei der Verpackung wirken sich die Struktur, die Materialien und der Prozess der Verpackung direkt auf die Wärmeableitungseffizienz aus. Das systemintegrierte Wärmeableitungsniveau wird auch als extern bezeichnet. Der Kühler enthält hauptsächlich einen Kühlkörper, ein Wärmerohr, einen Lüfter, eine Temperaturausgleichsplatte und dergleichen. In den letzten Jahren haben akademische Kreise im In- und Ausland dem Problem der LED-Wärmeableitung immer mehr Beachtung geschenkt und verschiedene Untersuchungen entsprechend durchgeführt. Da die Wärmeableitung von LED-Lampen jedoch größtenteils empirisch ausgelegt ist, weist das Wärmeableitungssystem eine relativ geringe Professionalität auf, so dass das Problem der Wärmeableitung von LED-Lampen immer noch sehr hoch ist. ernst. Daher haben die thermische Analyse und das thermische Design von Hochleistungs-LED-Lampen eine wichtige praktische Bedeutung.
In diesem Artikel wird zunächst die aktuelle Wärmeableitungstechnologie von LED-Lampen und häufig verwendeten thermischen Analysewerkzeugen vorgestellt. Anschließend wird eine Hochleistungs-LED-Lampe als Forschungsmodell ausgewählt und mithilfe der Finite-Elemente-Analysesoftware von ANSYS eine thermische Analyse der LED-Lampe durchgeführt, um verschiedene zu erhalten Teile der Lampe. Hierdurch werden die Temperaturverteilung und die Maximaltemperatur des Chips verbessert und ein zufriedenstellender Wärmeableitungseffekt erzielt.
2 LED-Lichtkühlungstechnologie
Gegenwärtig umfassen die wichtigsten Wärmeableitungstechnologien für Hochleistungs-LED-Lampen Kühlkörper, Wärmerohre, Temperaturausgleichsplatten, Strahlungsbeschichtungen, leitfähige Pasten und wärmeleitende Dichtungen. Der Kühlkörper nutzt die vergrößerte Oberfläche, um die Wärmekonvektion an die Umgebung abzuleiten. Die Faktoren, die die Wärmeableitungsleistung des Kühlkörpers beeinflussen, sind die Form des Kühlkörpers, die Anzahl der Rippen, der Abstand, die Größe, der Neigungswinkel, das Material des Kühlkörpers und die Verarbeitungstechnologie. Die in diesem Dokument verwendeten Modelllampen verwenden Kühlkörper, um die Wärme abzuleiten. Das Wärmerohr nutzt den zyklischen Wechsel der kondensierten flüssigen Phase, um die hohe Wärme abzuleiten und abzuführen, die von der LED erzeugt wird. Unter normalen Umständen wird das kalte Ende des Wärmerohrs zusammen mit dem Kühlkörper verwendet, um eine bessere Wärmeableitung zu erreichen. Das Prinzip der gleichmäßigen Temperaturplatte ist ähnlich dem des Wärmerohrs, mit der Ausnahme, dass das Wärmerohr eine eindimensionale Einwegwärmeübertragung ist und die gleichmäßige Temperaturplatte eine Oberflächenwärmeübertragung ist, die zweidimensional ist, so dass die Die Oberflächentemperatur des gesamten Kühlkörpers ist gleichmäßig. Die Strahlungsbeschichtungsschicht ist mit einer wärmeableitenden Farbe auf der Außenfläche des Kühlkörpers beschichtet, um das Emissionsvermögen zu erhöhen und eine effizientere Wärmeabstrahlung zu ermöglichen. Die Wärmeleitpaste und das Wärmeleitpad reduzieren den Wärmewiderstand des Kontakts.
Defekte der Wärmeableitung von LED-Lampen haben hauptsächlich die folgenden vier Punkte:
1) Die Anordnung der Kühlkörperlamellen von LED-Lampen ist nicht zumutbar. Die Anordnung der Wärmeableitungsrippen berücksichtigt nicht die Verwendung der Leuchte, die die Wärmeableitungswirkung des Kühlkörpers beeinflusst, und die Gestaltung der Wärmeableitungsrippen, die den Eigenschaften des Produkts selbst entsprechen.
2) LED-Lampen betonen die Wärmeleitungsverbindung übermäßig, vernachlässigen jedoch die Konvektionswärmeableitung. Wärmerohr, Wärmeleitpaste und andere Wärmeableitungsmaßnahmen verringern den Wärmewiderstand durch Wärmeleitung, aber die Wärme hängt letztendlich von der äußeren Oberfläche der Lampe ab, so dass es ein Entwicklungstrend ist, die Strahlungsbeschichtung auf die äußere Oberfläche aufzubringen.
3) LED-Lampen vernachlässigen das Gleichgewicht der Wärmeübertragung. Wenn die Temperaturverteilung der Lamellen stark ungleichmäßig ist, haben einige Lamellen keine oder nur eine eingeschränkte Wirkung, und die gleichmäßige Temperaturplatte kann einen Beitrag zum Temperaturausgleich leisten.
4) Die Wärmeableitung der Leuchte ist am besten, um den kürzesten Auslegungs-Wärmeableitungskanal zu finden, damit die Wärme so schnell wie möglich an die Atmosphäre abgegeben wird. Unter diesen ist der Wärmewiderstand der Grenzfläche der Engpass des Wärmeableitungskanals, so dass der Fokus der Wärmeableitung auch auf dem wärmeleitenden Material der Grenzfläche liegen sollte.