LED照明灯具的ICEPAK热分析

摘要：LED照明灯具由于本身体积小功率大的原因，在工作时释放大量热量，影响其发光效率和使用寿命，散热问题一直是LED照明灯具的一个棘手问题。因此，本文就使用专门的热分析软件Icepak对LED照明灯具的散热问题进行探讨。通过模拟，探讨模型内的温度、速度和压力分布，以及背板的温度和压力云图，并提出有效的改进措施。

1.前言 

自1998年美国  Lumileds Lighting 公司封装出世界上第一个大功率LED 以来， 大功率LED  以其体积小、效率高、寿命长、节能、环保等特点受到国内外研究者的青睐。随着LED芯片的输入功率不断增大，LED  的热量累积越来越多，由于温度升高而产生的热效应逐渐明显，从而影响到LED 的使用寿命和可靠性。因此，对大功率LED  进行合理的热设计，提高其散热能力成为亟待解决的关键技术之一。 

吴志强在介绍 LED光源诸多优点的基础上，阐述了其应用现状与发展前景。田明航等提出了利用热管技术对大功率 LED进行散热的构想，设计了 LED 热管散热器的原理结构，并对其传热机理、传热路线和各传热阶段的热阻进行了定性分析和定量分析。 刘一兵等在分析功率LED 受热效应影响的基础上，从改进 LED 结构角度来解决散热问题。指出采用导热性能优良的封装材料是提高散热效率的重要途径，并对密封材料，键合材料，散热基板对散热的影响作了详细的分析。 

由于温度急剧升高，对 LED 照明灯具的发光效率和寿命产生不可逆转的影响，如温度每升高 10 ℃ 就会导致光衰5~8%，同时导致使用寿命减半。因此，本文就使用 Icepak 软件探讨 LED 照明灯具的散热问题。 

2.数学物理模型 

2.1.问题描述 

LED 照明灯具的机柜包含34 个 LED热源（密封在1个腔体内），1块背板，34个翅片，3个风扇，和1 个自由开孔。翅片和背板用铝挤压型材，每个风扇质量流量为 0.05kg/s，每个热源功率为10W，腔体的传热系数为15W/(m2.K)。根据设计目标，当环境温度为20 ℃时，设备的背板不能超过90 ℃ 。完整的LED照明灯具的模型如图1所示。 

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