發(fā)布時(shí)間：2018-02-21 12:07

  本文關(guān)鍵詞： LED 室內(nèi)燈 散熱 液體 可靠性　出處：《重慶大學(xué)》2014年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：LED工作時(shí)70%~80%的能量轉(zhuǎn)換為熱量，導(dǎo)致結(jié)溫升高，性能下降。隨著功率的提升，熱量帶來的問題愈加突出，因此對(duì)照明產(chǎn)品進(jìn)行散熱設(shè)計(jì)意義重大。功率不超過10W LED室內(nèi)燈的散熱設(shè)計(jì)以金屬散熱器方式為主，稱之為球泡燈。而外加的金屬散熱器卻增加了球泡燈的成本，導(dǎo)致其價(jià)格高于傳統(tǒng)燈具，用戶難以接受；而金屬散熱器與鋁基板之間的導(dǎo)熱硅脂層也影響了燈具的散熱效果。針對(duì)以上問題，國內(nèi)外研究人員提出了一種可能替代金屬散熱器方式的液體直接散熱方式，并展開了一些工作，主要包括對(duì)產(chǎn)品宣傳及專利的布局方面，而對(duì)產(chǎn)品的散熱性能及可靠性缺乏深入的研究，產(chǎn)品推廣受到了很大的阻礙。因此，論文分別從理論、實(shí)驗(yàn)及仿真三個(gè)方面對(duì)液體直接散熱型LED室內(nèi)燈的散熱性能及可靠性進(jìn)行了深入研究，以期能夠?yàn)楫a(chǎn)品的推廣提供可靠依據(jù)。 ①基于基本傳熱理論，分析了金屬散熱器LED球泡燈及液體直接散熱LED室內(nèi)燈的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，建立了兩種燈具的熱阻模型并進(jìn)行了熱學(xué)仿真，證明了液冷方式的可行性。 ②設(shè)計(jì)了恒溫加熱實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，對(duì)比了高溫浸沒實(shí)驗(yàn)前后散熱液體的透光性及光源的光譜變化，確定了可用的散熱液體及光源。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，變壓器油實(shí)驗(yàn)后的透過率曲線嚴(yán)重衰變，而硅油實(shí)驗(yàn)前后透光率無明顯變化，透過率均大于90%；硅油浸沒過的燈珠光譜分布及強(qiáng)度均無明顯變化。因此硅油可以作為L(zhǎng)ED的散熱介質(zhì)。此外，通過對(duì)燈珠外觀的觀察，發(fā)現(xiàn)鴻利E系列環(huán)氧樹脂封裝燈珠透鏡脫離，不能用作實(shí)驗(yàn)光源，其他燈珠表面完好，可以用作實(shí)驗(yàn)光源。 ③基于正向電壓法測(cè)量結(jié)溫的原理，搭建了實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，，分別標(biāo)定了兩種燈具所用LED光源的電壓溫度系數(shù)，并測(cè)量了不同電流下兩種燈具的穩(wěn)態(tài)溫度，與仿真結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比，證明了液體散熱方式的實(shí)際可行性及仿真的正確性。通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，液體直接散熱方式的LED結(jié)溫、鋁基板溫度及外部殼體溫度均低于金屬散熱器方式，而仿真結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果的誤差均在6.4%以內(nèi)。 ④模擬了單因素變化對(duì)液體直接散熱型LED燈散熱效果的影響，確定了主要影響因素；通過正交方法研究了主要影響因素對(duì)散熱效果影響的主次順序，對(duì)液體散熱結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化。仿真發(fā)現(xiàn)，燈殼外徑、液面高度及鋁基板直徑是影響散熱效果的主要因素，而對(duì)應(yīng)的最終優(yōu)化結(jié)果為45mm、30mm及16mm。同時(shí)，研究了不同燈殼外徑、液面高度及鋁基板直徑下結(jié)溫隨功率的變化，可以發(fā)現(xiàn)。結(jié)溫隨功率的變化線性變化，且液體直接散熱方式一般適用于功率不超過10W的室內(nèi)照明LED燈具的散熱。 ⑤搭建了光衰測(cè)試系統(tǒng)，測(cè)量了不同電流下的光衰情況，推算出了不同電流對(duì)應(yīng)的壽命。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，電流在700mA以下時(shí)，LED燈具的壽命不低于25000小時(shí)；而900mA時(shí)，燈具的功率不足3.5W，而壽命僅6000多小時(shí)，雖與Cree公司給出的實(shí)際測(cè)量壽命嚴(yán)重不符，但已經(jīng)能滿足照明需求。同時(shí)對(duì)比了液體直接散熱型及金屬散熱器型LED室內(nèi)燈的性能價(jià)格發(fā)現(xiàn)，液體直接散熱方式可以降低燈具成本，提高初始光通量，提升性價(jià)比。
[Abstract]:In light of the above problems , the heat dissipation performance and the reliability of the LED indoor lamp with the power of not more than 10 W have been studied deeply . Therefore , the paper studies the heat dissipation performance and reliability of the liquid direct heat dissipation LED indoor lamp from three aspects : theory , experiment and simulation , with a view to providing reliable basis for the popularization of the product . ( 1 ) Based on the theory of basic heat transfer , the structural characteristics of LED bulb and liquid direct heat dissipation LED indoor lamp are analyzed . The thermal resistance model of two lamps is established and the thermal simulation is carried out to prove the feasibility of liquid cooling mode . The experiment system of constant temperature heating was designed to compare the light transmittance of the heat radiating liquid before and after the high temperature immersion test and the spectral change of the light source . The results show that the transmittance curve after the oil experiment of the transformer is seriously decayed , and the transmittance is more than 90 % . ( 3 ) Based on the principle of measuring junction temperature based on forward voltage method , the voltage temperature coefficient of LED light source used in two lamps is set up , and the steady state temperature of two lamps under different current is measured and compared with the simulation results . The results show that the LED junction temperature , the temperature of the aluminum substrate and the temperature of the outer shell are lower than that of the metal radiator , and the error of the simulation results and the experimental results is within 6.4 % . The influence of single factor on the heat dissipation effect of liquid direct heat dissipation LED lamp is simulated . The main influencing factors are determined . The main factors influencing the heat dissipation effect are studied by orthogonal method . The results show that the outer diameter , the height of the liquid surface and the diameter of the aluminum substrate are the main factors which influence the heat dissipation effect . The results show that when the current is below 700mA , the service life of the LED lamp is not less than 25,000 hours ; when 900 mA , the power of the lamp is less than 3.5W , and the service life is only 6000 hours .

【學(xué)位授予單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：TM923.34

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：1521934