2011年工程训练创新大赛设计方案申报书-大功率LED液冷散热器.doc

河南理工大学
2011年工程训练创新大赛设计方案申报书
项目名称: 大功率LED液冷散热器
负责人(签字):
成员(签字) :
申报日期: 2011 年 5 月 15 日

工程训练中心制
2011年4月
项目名称
大功率LED液冷散热器
研究团队
姓名
性别
专业班级
分工
手机号码/邮箱
男
热能08-4
设计、计算、
实验
女
热能08-2
计算、实验
男
机制09-9
实验
男
热能08-2
计算
指导教师
王华
目的意义
现状:LED是一种高效能的固态光源,它具有可靠性高、寿命长、发光效率高、启动时间短、无紫外线等优点,但是现有大功率LED的散热问题一直是困扰其发展的一个重要因素,温度过高会使其发光强度降低,影响其出光效率及照明质量,而且严重影响它的寿命。
功能说明:现在液冷技术已经发展的相当成熟,而且很多液冷介质具有比热大、换热良好等特性,但是在LED方面却没得到应用。本成果通过尝试新的散热方式—液冷散热,来实现高效地解决现在大功率LED的散热问题。
项目来源
LED是未来的新一代固体光源,由于它寿命长、发光效率高、能耗低、单色性好、色彩丰富、响应速度快使得它在照明领域普及与广泛应用,并被公认为21世纪最具发展前景的高技术领域之一,这一新型节能发光元件符合国家“十二五”发展规划,有着巨大的发展空间。
设计方案
(一)方案原理
1、LED发光原理
LED是利用半导体PN结把电能转换成光能的器件,在元素原子核周围有使电子能够存在的两个能量带,即电子不能够自由移动的“价电子带”与电子可动的“传导带”。从电子的角度看,低的能量带为价电子带,高的为传导带。
图1 LED的结构图
N型半导体的传导带中电子是可动的,P型半导体的传导带中没有电子,取而代之的是在价电子带上无电子的空穴。因此在P区和N区之间,N型半导体中的电子与P型半导体中的空穴会发生相互扩散。因为相互扩散的原因,在PN结处会形成一个一定大小的势垒(势能比附近的势能都高的空间区域),进而阻止电子和空穴进一步扩散,使PN结内部处于平衡状态。
在PN结工作时,要给它施加一个正向电压(P型半导体材料接正极),此时PN结的势垒将降低,N区的电子注入到P区,P区的空穴注入到N区,导致非平衡状态的产生。这些注入的电子和空穴在PN结处相遇复合并湮灭,将能量以光的方式向外释放。从而实现了半导体的发光,这也就是LED的发光原理。在电子的移动过程中,一些电子会被无辐射中心俘获,能量以热能的形式散发,因为目前LED器件的密集化和小型化程度越来越高,单位容积器件的发热量迅速增大,所以其散热问题成为了阻碍其发展的重要原因。
2、大功率LED散热器工作原理
液冷LED散热结构示意图
当散热系统设备连接完毕,电路导通,水泵、芯片及风扇开始工作,芯片的温度渐渐升高,热量穿过导热硅脂传递给水冷块,进而将热量传向导热液,导热液温度升高。它在水泵的推动作用下流向换热器,并在风扇强制冷却下,将热量排向外界,然后低温的导热液被泵推到水冷块中进入下一轮循环,系统就在不断的循环中达到散热的目的。
(二)大功率LED散热器的结构组成
试验阶段的LED散热系统,包括了测温装置和两个循环()。
测温装置置
实