大功率led燈散熱器介紹-資料下載頁

　　

【正文】 燈珠設計，并了解實際操作過程原理以及led二次光學設計基本原理。二、通過分析現有led驅動電路，對其進行反向設計，畫出其驅動電路，并理解其實現原理。完成led驅動電路原理圖，并仿真得出其結果三、焊接完成一個led燈泡，并能點亮。本人承擔的工作：在本次專業課程設計中，我和我的搭檔從一開始就認真對待。所以每一部分的完成都是我們共同努力的結果。從最開始的led燈外形的繪制，led燈珠的光學仿真設計，驅動電路的設計，led驅動電路原理圖，pcb原理圖并仿真，我們倆都有完成各自的，在之后的交流和共同學習下完成最好的一份。lde燈的焊接是我們兩共同努力完成的。【三】程序框圖【四】實驗結果首先我們利用tracepro光學仿真軟件制作出了燈罩的實體圖以及led燈珠仿真，并實現了其光學仿真；其次用protel 99se軟件制作出了驅動電路原理圖以并生成pcb板然后做了仿真；最后在了解了led燈的工作原理，掌握了它的驅動電路之后，我們焊接了自己的led燈，并使其點亮。【五】設計中遇到的問題及解決方法在本次課程設計中，我們遇到了很多問題。第一，由于是第一次使用tracepro光學仿真軟件，大家都不太會使用。但是在老師的鼓勵之下，我們就借助于老師給我們的學習資料和上網查找資料，同學之間相互學習交流，熟悉了這個軟件。并且能比較熟練的運用這個軟件畫出光學器件，進行光學仿真。之后我們畫出了比較滿意的圖。第二，在通過分析現有led驅動電路 進行反向設計，這一步我們出現了很大的問題因為大家都對原理還不是很清楚，然后我們就上網查找資料，同學之間相互討論，還有老師的幫助之下，完成了原理圖的設計。由于之前學習過protel 99se軟件的使用，所以在畫原理圖上沒有太大的問題。第三，在焊接led燈的時候，由于我們的粗心大意搞錯了焊接的順序，所以導致后來用了很長時間才完成。總而言之，我們后來很好的完成了本次課程設計。【六】總結這次課程設計我覺得非常有意思。能通過自己動手實踐，完成led燈的設計，焊接。并且看著自己做的燈點亮。感覺非常的高興，很有成就感。經過本次的課程設計，讓我學會了光學仿真軟件tracepro的應用，并且做出了led燈罩 的設計。學會了如何做光學仿真，并且完成了led燈珠的光學仿真。也使我更加熟練了protel 99se軟件制作電路圖和pcb版圖。通過此次課程設計，讓我了解了led燈的內部構造，led燈的驅動電路以及它的工作原理。并且再一次練習了自己的焊接電路板技術，在老師的幫助下學到了很多東西。本次課程設計中更是很好的鍛煉了自己的動手的能力，在實踐中，不斷的發現問題的所在，并在不斷的摸索中找出相對的措施，將問題解決。而且在實驗順利結束時，不僅體驗到自己成功完成制版的喜悅，而且更是激發了自己對led的興趣與激情。相信本次的課程設計會讓我很難忘，并且對以后的學習和生活起到很大的幫助。第五篇：LED燈散熱簡述LED燈散熱簡述課 程： 照明工程姓 名： 王文君學 號： 1215103044專 業： 電科（一）任課教師： 郭震寧時 間：2015 年 07 月 12日目錄摘要.............................................2 1 引言...........................................3LED發熱的原因.................................4與LED散熱有關的主要參數......................4散熱方式......................................6 .................................6 、被動散熱..................................9新型散熱材料.................................10散熱實例.....................................12 .....................12 ....................12心得體會...........................................................14結束語.......................................14參考文獻.....................................14摘要 新一代大功率LED燈光源具有環保和節能等很多優點，但大功率LED燈散熱性差，易導致燈具光功率減小、芯片加速老化、工作壽命減短等問題，因此散熱是制約其發展的一個至關重要的因素。本文通過對大功率LED燈光源發熱的原因的探討，綜合闡述了目前廣泛運用的大功率LED燈散熱技術、新型散熱材料等，并通過有限的幾個散熱實例加深對大功率LED燈光源散熱技術的了解和認識。關鍵詞：大功率LED燈、散熱技術、散熱材料、散熱實例 引言發光二極管（Light Emitting Diode,LED）是21世紀最具發展前景的一種新型冷光源。LED的發光機理是靠PN結中的電子在能帶間躍遷產生光能,芯片會有發熱現象,特別是大功率LED,使用多個LED組裝成一個模組,散熱量大大增加。目前LED只有15%20%的能量轉化為光能,剩余80%85%的能量都轉化為熱能,而芯片尺寸僅為1180。180。，導致芯片的功率密度很大（達1W/mm2量級）。但是LED器件的散熱性比較差，首先因為白光LED的發光光譜中不包含紅外部分，即其熱量不能依靠輻射釋放；其次，LED燈具的擴散熱阻及解除熱阻都很大。而散熱性差會導致很嚴重的后果，比如減少LED的光輸出，縮短器件的壽命，偏移LED所發光的主波長等。因此, 如何使這些熱能以最短的路徑, 最快速的方法, 并且最大化的散發出去成了關鍵問題之一。LED的熱管理主要包括3個方面：芯片級、封裝級和系統集成散熱級。其中，芯片是主要的發熱部件，其量子效率決定發熱效率，襯底材料決定芯片向外傳熱效率；對封裝而言，封裝結構、材料以及工藝直接影響散熱效率；系統集成散熱級也就是所謂的外部散熱器，主要包括散熱片、熱管、風扇、均溫板等。近年來，LED散熱問題逐漸被國內外學術界關注，相應地開展了各種研究，然而由于LED燈散熱多為經驗化設計，散熱系統專業性比較差，以至于目前LED燈的散熱問題仍然很嚴重。因而，對大功率LED燈進行熱分析和熱設計具有重要的現實意義。本文首先介紹了LED燈的發熱原因及目前的一些散熱方式和部分新型的散熱材料，在此基礎上再對幾個散熱實例深刻剖析。LED發熱的原因LED燈泡發熱的原因是因為所加入的電能并沒有全部轉化為光能，而是一部分轉化成為熱能，電光轉換效率20~30%左右。也就是說大約70%的電能都變成了熱能。熱的傳播方式有“熱傳導”、“對流”、“熱輻射”三種形態，晶格振動的傳播、金屬中自由電子的移動屬于“熱傳導”，流體運動傳熱屬于“對流”，通過電磁波傳熱是“熱輻射”。與LED散熱有關的主要參數熱阻是指器件的有效溫度與外部規定參考點溫度之差除以器件中的穩態功率耗散所得的商。它是表示器件散熱程度的最重要參數。目前散熱較好的功率LED熱阻≤10℃/W，國內報道最好的熱阻≤5℃/W，國外可達熱阻≤3℃/W，如做到這個水平可確保功率LED的壽命。結溫是指LED器件中主要發熱部分的半導體結的溫度。它是體現LED器件在工作條件下，能否承受的溫度值。從根本上講，結溫的上升降低了PN結發光復合的幾率。表現在光源上就是發光亮度下降，產生了飽和現象。為此美國SSL計劃制定提高耐熱性目標。芯片及熒光粉的耐熱性還是很高的，目前已經達到芯片結溫在150℃下，熒光粉在130℃下，基本對器件的壽命不會有什么影響。說明芯片熒光粉耐熱性愈高，對散熱的要求就愈低。LED結溫的產生是由于兩個因素所引起的：（1）內部量子效率不高，也就是在電子和空穴復合時，并不能100%都產生光子，通常稱為由“電流泄漏”而使PN區載流子的復合率降低。泄漏電流乘以電壓就是這部分的功率，也就是轉化為熱能，但這部分不占主要成分，因為現在內部光子效率已經接近90%。(2)內部產生的光子無法全部射出到芯片外部而最后轉化為熱量，這部分是主要的，因為目前這種稱為外部量子效率只有30%左右，大部分都轉化為熱量了。結溫不但影響長時間壽命，也還直接影響短時間的發光效率，例如Cree公司的XLamp7090XRE的發光量和結溫的關系如圖2所示。溫升有幾種不同的溫升，我們這里所討論的是：管殼－環境溫升。它是指LED器件管殼（LED燈具可測到的最熱點）溫度與環境（在燈具發光平面上，）溫度之差。它是一個可以直接測量到的溫度值，并可直接體現LED器件外圍散熱程度，實踐已證明，在環境溫度為30℃時，如果測得LED管殼為60℃，其溫升應為30℃，此時基本上可確保LED器件的壽命值，如溫升過高，LED光源的維持率將會大幅度下降。散熱方式一般說來，依照從散熱器帶走熱量的方式，可以將散熱器分為主動式散熱和被動式散熱。所謂的被動式散熱，是指通過散熱片將熱源LED光源熱量自然散發到空氣中，其散熱的效果與散熱片大小成正比，但因為是自然散發熱量，效果當然大打折扣，常常用在那些對空間沒有要求的設備中，或者用于為發熱量不大的部件散熱，如部分普及型主板在北橋上也采取被動式散熱，絕大多數采取主動式散熱式，主動式散熱就是通過風扇等散熱設備強迫性地將散熱片發出的熱量帶走，其特點是散熱效率高，而且設備體積小。從散熱方式上細分，可以分為風冷散熱、液冷散熱、熱管散熱、半導體制冷、化學制冷等等。風冷散熱是最常見的散熱方式，相比較而言，也是較廉價的方式。風冷散熱從實質上講就是使用風扇帶走散熱器所吸收的熱量。具有價格相對較低，安裝方便等優點。但對環境依賴比較高，例如氣溫升高以及超頻時其散熱性能就會大受影響。液冷散熱是通過液體在泵的帶動下強制循環帶走散熱器的熱量，與風冷相比，具有安靜、降溫穩定、對環境依賴小等等優點。液冷的價格相對較高，而且安裝也相對麻煩一些。同時安裝時盡量按照說明書指導的方法安裝才能獲得最佳的散熱效果。出于成本及易用性的考慮，液冷散熱通常采用水做為導熱液體，因此液冷散熱器也常常被稱為水冷散熱器。半導體制冷就是利用一種特制的半導體制冷片在通電時產生溫差來制冷，只要高溫端的熱量能有效的散發掉，則低溫端就不斷的被冷卻。在每個半導體顆粒上都產生溫差，一個制冷片由幾十個這樣的顆粒串聯而成，從而在制冷片的兩個表面形成一個溫差。利用這種溫差現象，配合風冷/水冷對高溫端進行降溫，能得到優秀的散熱效果。半導體制冷具有制冷溫度低、可靠性高等優點，冷面溫度可以達到零下10℃以下，但是成本太高，而且可能會因溫度過低導致造成短路，而且現在半導體制冷片的工藝也不成熟，不夠實用。化學制冷就是使用一些超低溫化學物質，利用它們在融化的時候吸收大量的熱量來降低溫度。這方面以使用干冰和液氮較為常見。比如使用干冰可以將溫度降低到零下20℃以下，還有一些更“變態”的玩家利用液氮將CPU溫度降到零下100℃以下(理論上)，當然由于價格昂貴和持續時間太短，這個方法多見于實驗室或極端的超頻愛好者。SynJet替代風扇：SynJet的大致原理是一個類似振動膜的元件以一定頻率振動壓縮腔內的空氣，空氣受壓縮后從細小的噴嘴高速噴出，形成空氣彈噴向散熱片，同時空氣彈帶動散熱片周圍的空氣流動帶走熱量。均熱板技術：熱能有個規律，它會往熱阻值低的地方傳遞。如果熱量無法通過散熱介質傳導出去，它就會傳遞到PCB上，長時間運行會導致PCB過熱變形、損壞。因此，滿載做功時單位面積內的巨大熱能是一個顯卡最難克服的散熱問題。下面是目前幾種傳統散熱方式在熱傳密度上的橫向比較：一個50cm2，6mm厚的真空均溫板HeatFlux熱傳密度可達115W/cm2，是銅熱管的10倍以上，VaporChamber真空腔均熱板比純銅基板具有更好的熱擴散性能，特別適合于大功率的CPU、GPU的使用。如圖所示，為真空腔均熱板散熱過程示意圖，芯片產生熱能通過大面積均熱板迅速吸收和傳導，使封裝的介質開始由液體轉化為氣體，通過蒸發區將熱能帶出。氣態介質膨脹至整個真空腔，將帶出的熱能迅速傳導到整個封裝的銅內腔體中并傳導到鋁鰭片上。鋁鰭片的熱能經過風扇強制對流冷卻后，使工質失去熱能冷卻，變化為液態通過內腔管壁毛細作用，然后回流到底部蒸發區，又吸收到新的熱能，并再度氣化將熱帶出，形成一個循環。總結起來，真空均熱板優勢有：，均熱板面積可達200mmx200mm，全面提升了電子組件/系統的效能自激式振蕩流熱管/環路熱管：它們作為傳統熱管技術的延伸，也是依靠液體相變實現換熱的，傳熱能力較燒結熱管提高2030%，具有傳熱效率高、結構簡單、成本低、適應性好、熱輸運距離遠等特點，是解決大功率LED燈散熱問題最為有效的解決方案。離子風散熱技術：Tessera把這套系統命名為EHD(Electro Hydro Dynamic電子液動力)散熱，其概念實際上相當簡單，基于正負電子中和的原理，由一對電極的一端產生正電離子，飛向另一端的負電離子，便能帶動空氣形成穩定氣流，即“離子風”帶走熱量，在完全沒有活動部件的情況下實現了靜音散熱。離子風的散熱技術，與現在的散熱技術相比，這種新的散熱技術可以提升250%的散熱效率。采用這種技術的離子風引擎兩端各有一個高電壓電極，電極之間的電壓差高達數千伏，在這種情況下，空氣中的氣體分子實現離子化就產生了離子風，這種離子風可以高效的帶走芯片所產生的熱量。這種離子風引擎可以安裝在需要散熱的芯片上，這樣無需風扇就可以起到強大的散熱作用，并且其散熱效率遠高于目前的散熱產品。如果普通散熱器可以將溫度降到60176。C的話，這種離子風散熱引擎可以將溫度降至35176。C。在熱管的幫助下，離子風引擎散熱效果與現在的散熱技術相比可以提升250%。目前相關技術人員正在努力使離子風技術支持低電壓運行環境。合成射流冷卻法合成射流替代了傳統的風扇；對于LED散熱來說是一個極佳的選擇。通過隔膜的運動，引起氣流在開口處的周期性吸入與發射，