采用Icepak軟件對大功率LED熱管翅片散熱器的散熱數(shù)據(jù)測試

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測試所用的散熱器為：熱管翅片散熱器，它的結(jié)構(gòu)組成包括：鋁質(zhì)的固定基座、連接在固定基座上的熱管和連接在熱管上的長方形翅片組成，用來散熱的熱管安裝在固定鋁合金底座上，熱管蒸發(fā)端外圓周切線與固定基座平面在同一水平面上，即與大功率LED芯片背板與熱管直接接觸，翅片與熱管采用釬焊或鉚接連接，大功率LED芯片安裝在固定基座上。熱管冷凝端為直形且與固定基座呈45°角，利用重力作用增加工質(zhì)回流動力，同時增加翅片的迎風(fēng)面積，翅片之間均勻相隔，翅片平面與固定基座垂直，能夠有效利用地面的垂直對流，四組翅片間隔90°均勻分布，能夠有效利用各個方向的自然風(fēng)。結(jié)構(gòu)模型中：LED芯片產(chǎn)生熱量的功率為100W，芯片光源模組尺寸為25mmX25mm，芯片背板尺寸為40mmX40mmX1mm且其導(dǎo)熱率為216W/m.K，固定基座尺寸為60mmX60mmX30mm且其導(dǎo)熱率為216W/m.K，熱管冷凝端與固定基座平面呈45°角，翅片尺寸為90mmX50mmX 1mm，共4X25片（翅片尺寸也可呈從內(nèi)至外逐漸減小的梯度變化從而形成“塔形”結(jié)構(gòu)），翅片間距5mm，總散熱面積為0. 9m2，環(huán)境溫度為25°C.大功率LED芯片內(nèi)熱阻、導(dǎo)熱膠熱阻分別為：0025°C/W.采用Ice-pak軟件對建立的結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行散熱仿真分析，研究熱管導(dǎo)熱系數(shù)、自然風(fēng)風(fēng)速、熱管直徑、翅片導(dǎo)熱系數(shù)和翅片表面發(fā)射率對芯片結(jié)溫的影響。

　　熱設(shè)計結(jié)果與討論1熱管導(dǎo)熱系數(shù)與自然風(fēng)風(fēng)速對芯片結(jié)溫的影響給出熱管導(dǎo)熱系數(shù)為30直徑為10mm時，自然對流條件下與自然風(fēng)風(fēng)速為2m/s條件下的LED芯片與散熱器溫度分布云圖。給出熱管導(dǎo)熱系數(shù)為220W/mK時，自然對流條件下與自然風(fēng)風(fēng)速為2m/S條件下的LED芯片與散熱器溫度分布云閣。表1給出內(nèi)然對流條件下熱管（直徑為1mm）導(dǎo)熱系數(shù)對LED芯片結(jié)溫的影響關(guān)系。表2給出當(dāng)熱管導(dǎo)熱系數(shù)為30000W/m.K、直徑為10mm時，風(fēng)速對LED芯片結(jié)溫的影響關(guān)系。由上面可以了解到熱管導(dǎo)熱系數(shù)對系統(tǒng)溫度分布以及芯片結(jié)溫有顯著影響。熱管導(dǎo)熱系數(shù)越高，能夠?qū)ED芯片產(chǎn)生的熱量越快的由蒸發(fā)端傳導(dǎo)至冷凝端，這使得系統(tǒng)溫度分布越均勻、溫差越小，LED芯片結(jié)溫越低。由、以及表2可以看出自然風(fēng)風(fēng)速對系統(tǒng)溫度分布以及芯片結(jié)溫有顯著影響。隨著風(fēng)速的增加，翅片表面與空氣的對流換熱系數(shù)增加，翅片能夠?qū)鲗?dǎo)至熱管冷凝端的熱量快速的耗散掉，這使得系統(tǒng)溫度分布越均勻、溫差越小，LED芯片結(jié)溫越低。當(dāng)風(fēng)速為7m/s時，LED芯片結(jié)溫已經(jīng)降至非常低的40. 83°C，風(fēng)速的再增加使LED芯片結(jié)溫降低不顯著（a）自然厲'（b）風(fēng)速為2m/s熱管導(dǎo)熱系數(shù)為30直徑為10mm時LED芯片與散熱器的溫度分布云圖（a）自然對流（b）風(fēng)速為2m/s熱管導(dǎo)熱系數(shù)為220直徑為10mm時LED芯片與散熱器的溫度分布云圖表1熱管導(dǎo)熱系數(shù)與I上I）芯片結(jié)溫的關(guān)系執(zhí)管導(dǎo)執(zhí)系數(shù)AW/m LEI）芯片結(jié)溫/t表2自然風(fēng)風(fēng)速與UED芯片結(jié)溫的關(guān)系自然風(fēng)LED芯片結(jié)溫/t 3.2熱管直徑對芯片結(jié)溫的影響徑為40mm時的LED芯片勺散熱器溫度分布云圖。

　　熱管導(dǎo)熱系數(shù)為10直徑為40mm時LEI）芯片與散熱器的溫度分布云圖熱管直徑對芯片結(jié)溫的影響關(guān)系。

　　熱管直徑對芯片結(jié)溫的影響由和表3可以看出，熱管直徑對系統(tǒng)溫度分布以及芯片結(jié)溫有顯著影響。LED芯片尺寸為25mmX25mm，熱量集中產(chǎn)生于此范圍，隨著熱管直徑的逐漸增加。芯片背板與熱管之間的傳導(dǎo)熱阻以及散熱器的熱阻逐漸降低，熱量被越快的傳導(dǎo)出，因此，系統(tǒng)溫度分布越均勻、溫差越小。芯片結(jié)溫越低。當(dāng)熱管直徑大于芯片尺寸時，由于熱量大小、產(chǎn)生范圍的限制以及由于熱管導(dǎo)熱系數(shù)足夠高，LED芯片產(chǎn)生的熱量能夠被足夠快的傳導(dǎo)出，熱管直徑的進(jìn)一步增加不能再顯著降低芯片結(jié)溫。

翅片導(dǎo)熱系數(shù)對芯片結(jié)溫的影響徑為10mm以及翅片導(dǎo)熱系數(shù)為10000W/m.K時的LED芯片與散熱器溫度分布云圖。

　　熱管導(dǎo)熱系數(shù)為10直徑為10mm以及翅片導(dǎo)熱系數(shù)為10000W/mK時LED芯片與散熱器的溫度分布云圖徑為10mm時，翅片導(dǎo)熱系數(shù)對芯片結(jié)溫的影響關(guān)系。

　　翅片導(dǎo)熱系數(shù)對芯片結(jié)溫的影響翅片導(dǎo)熱LED芯片結(jié)溫/°c由和表4可以看出，翅片導(dǎo)熱系數(shù)對系統(tǒng)溫度分布以及芯片結(jié)溫?zé)o顯著影響。由于熱管的等溫特性以及由于翅片的散熱面積非常大，當(dāng)翅片導(dǎo)熱系數(shù)為220W/mK時，翅片組熱阻也僅為0.2°C/W，因此，當(dāng)翅片導(dǎo)熱系數(shù)增加一個數(shù)量級時，翅片組熱阻僅由。2°C/W降低至0.02°C/ W，翅片組熱阻變化很小。因此，在翅片表面與空氣的對流換熱系數(shù)不變的條件下，翅片導(dǎo)熱系數(shù)對芯片結(jié)溫?zé)o顯著影響，翅片表面輻射率對芯片結(jié)溫的影響表5給出不同翅片表面輻射率下的芯片結(jié)溫。

　　翅片表面輻射率對芯片結(jié)溫?zé)o顯著影響。輻射散熱與溫度的四次方成正比，但由于翅片溫度比環(huán)境溫度僅高出約15攝氏度，輻射散熱不顯著，因此，翅片表面輻射率對芯片結(jié)溫?zé)o顯著影響。

　　翅片表面輻射率對芯片結(jié)溫的影響表面輻射率芯片結(jié)溫4結(jié)論采用Icepak軟件對一種能夠有效利用自然風(fēng)和垂直對流的大功率LED熱管翅片散熱器進(jìn)行熱設(shè)計研究，結(jié)果表明熱管導(dǎo)熱系數(shù)、直徑以及自然風(fēng)風(fēng)速對芯片結(jié)溫有顯著影響，芯片結(jié)溫隨熱管導(dǎo)熱系數(shù)、直徑以及自然風(fēng)風(fēng)速的增加而降低，翅片導(dǎo)熱系數(shù)和表面輻射率對芯片結(jié)溫?zé)o顯著影響。

通過使用Icepak軟件對大功率LED熱管翅片散熱器的測試研究，所得的出結(jié)果將會為設(shè)計大功率LED散熱器提供更有效參考，以不斷改進(jìn)散熱工藝。

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