基于离子风技术的功率型LED散热研究

近年来,随着全球制造业对产品“低碳化、高效化、环保化”的日益重视,“绿色光源”LED在照明领域得以广泛应用。尤其是功率型LED的出现,满足了诸多照明应用场合对光源的苛刻要求。但是,受到发光原理和自身结构的限制,LED芯片内部极易产生热量堆积,尤其是高驱动电流下的功率型LED,工作性能及使用寿命更是受到结温的严重影响,致使当前不少场合对功率型LED的应用都停留在实验室研究阶段,而难以实现产业化。随着制造工艺和封装技术的不断推进,LED芯片内部热阻已得到明显降低。因此,选择一种高效的外部散热方案成为改善功率型LED热管理问题的关键。本研究针对传统散热方案应用过程中的缺点,提出了一种基于电晕放电原理的离子风散热方案,设计加工出了一款结构可调的离子风散热装置。通过试验探寻了离子风发展过程中的伏安特性变化规律,并从中得出影响离子风特性的主要因素包括电源极性、发射极与接收极的结构、放电间距等。这些因素对离子风发生器的起晕电压、工作电压的可调范围、离子风风速以及功耗等诸多性能有直接影响。因此,本研究搭建了一套测试系统,进行了离子风发生器的散热应用试验。试验以功率型LED芯片组达到稳定工作状态时的引脚温度、芯片结温、系统热阻等为控制目标,在进行散热系统搭建时,根据发热器件的结构及发热特点进行放电电极分布的优化设计,探讨了不同的离子风散热方式对功率型LED的散热效果。研究结果表明,离子风散热方案可有效缓解功率型LED使用过程中结温过高的问题,离子风的产生大大提高了散热装置的极间换热系数,当散热系统与LED芯片在常温下同时处于工作状态时,芯片引脚温度可保持在50℃以下。与自然对流状态下相比,在离子风的作用下,系统热阻显著减小。选择针状电极作为离子风发生器的发射极,并对发射极输入负极性高压,可降低放电过程的起晕电压,增大工作电压的可调范围,同时还能够提高整个散热装置的工作稳定性。研究针对LED芯片组所设计的“一字型”针电极阵列,是几种针电极阵列中综合散热效果较好的设计方案。