LED路灯照明系统散热设计及模拟仿真毕业设计
基于LED投光灯的散热设计及热仿真研究
_________________________基于LED 投光灯的散热设计及热仿真研究梁霭明1，陈建胜2，李军2，吴海辉1(1.中山市中大半导体照明技术研究有限公司，中山，528400；2.中山大学，广州，510000）摘要：本文基于LED 投光灯的结构论述了散热设计技术及热仿真分析方法，通过仿真数据与测试校核，验证了本散热仿真方法的可行性与可靠性，为更好的研究和解决大功率LED 的散热问题做出一定的贡献。
关键字：散热；仿真；分析；测试Research on thermal design and thermal simulation Based onLED SpotlightsLiang Aiming 1 , Chen Jiansheng 2 , Li Jun 2, Wu haiHui 1（1.Zhongshan Zhongda Seniconductor Lighting Technology Research Co.,Ltd , ZhongShan ,528400;2. Zhongshan University, Guangzhou, 510000）AbstractBased on the structure of LED Spotlights,this paper discusses the thermal design technology and thermal simulation analysis.Simulation and test data are checked to verify the feasibility and reliability of the thermal simulation method,which makes some contribution to better study and solve power LED thermal problems.Key wards : Heat; simulation; analysis; Testing随着大功率LED 照明产品的发展，散热能力好坏成为其发展的一个关键技术要素。
大功率LED路灯的散热结构设计和参数优化(精)
大功率LED路灯的散热结构设计和参数优化摘要：为了达到对大功率LED路灯产品既降低制造成本(散热器质量)又加快散热的目的，优化了LED路灯散热器结构。
在对原有结构参数化建模及热分析的基础上，采用正交试验分析了散热器中平板厚度、翅片厚度、翅片间距、翅片高度4因素对产品质量与散热效果的影响，并研究了同一结构下热传导与热对流两种方式对散热的影响，最终得出了一个较为理想的优化结果。
数据结果表明，改进后的散热器最高温度较原始模型下降了11℃以上，同时，质量摘要：为了达到对大功率LED路灯产品既降低制造成本(散热器质量)又加快散热的目的，优化了LED路灯散热器结构。
在对原有结构参数化建模及热分析的基础上，采用正交试验分析了散热器中平板厚度、翅片厚度、翅片间距、翅片高度4因素对产品质量与散热效果的影响，并研究了同一结构下热传导与热对流两种方式对散热的影响，最终得出了一个较为理想的优化结果。
数据结果表明，改进后的散热器最高温度较原始模型下降了11℃以上，同时，质量降低了约15．3％。
关键词：大功率LED路灯；热分析；散热结构；ANSYS目前，LED照明产品正在逐渐取代传统的照明灯具成为主流照明产品。
对于高功率的LED路灯而言，光效是灯具设计师关注的重点，然而，LED模组的低结温是实现长寿命和高光效的至关因素。
现实中，有很多关于路灯早期失效的报道，称之为死灯，这对公共照明来说是一个极大的制约。
因此，如何降低大功率LED产品的结温是研究热点问题之一。
众所周知，LED光电转换效率制约在15％～20％，其余的电能几乎全部转换成热能，因此在LED产品工作时，将会产生大量的热量。
当多个LED密集排列组成路灯时，热量的聚集效应更为严重。
若不将此热量尽快散出，随之而来的热效应将非常明显。
这将会引起芯片内部热量聚集，导致发光波长漂移、出光效率下降、荧光粉加速老化以及使用寿命缩短等一系列问题。
本文利用有限元分析软件ANSYS对LED路灯进行了热分析，对其散热结构进行了设计与优化，达到了降低制造成本又加快散热的效果。
LED灯具散热图模拟计算方案
LED灯具散热图模拟计算方案LED的光电转换效率极差,只有10 %～20 %的电能转化为光输出,其余的转化为热能。
因此,当使用多颗LED 组装成一个模组,极差的转换效率将会带来散热问题,热量使大功率LED 的温度上升,从而导致工作电压减小,光强减小,光波长变长,严重缩短LED 的寿命,加速其光衰。
散热设计：路灯散热路径：LED芯片->散热基板->翅片->空气。
（1）路灯散热设计的散热方式：因路灯具是夜间使用、散热面位于正上面以及体型受限制较小等有利于空气自然对流散热的优点，且结构要求简单实用，所以散热方式选用自然空气对流散热。
（2）散热基板选用PCB板，导热系数为27.6w/m·k。
基板的导热系数很高，能快速的将热量从LED芯片导出，从而降低路灯的温度。
（3）装翅片，选用铝材料，高8mm，厚4mm（如果太厚会增加路灯的重量，影响路灯的使用寿命），间隔距离为10mm。
因路灯散热面在灯具的上面，所以，散热翅片平行道路排列，以便于散热翅片间空气的流动。
用Icepak仿真软件进行散热图的模拟计算分析1.建模选取灯具的一部分建模，参数为：0.125m*0.125m*0.08m，面上有30个LED，每个LED的功率为1W，LED封装的罩子和基板选用PCB（覆铜铝基板），导热系数为27.6w/m·k，翅片材料为纯铝压铸件（软件默认翅片材料）。
整体模型如图8-1。
图8-1灯具模型2. 对模型进行散热模拟计算分析（1）气流的速度向量图：如图8-2、图8-3分别是位置为无翅片散热和带翅片散热气流速度向量图，图中可以看出整体的气流是做上升运动。
冷空气从灯具边缘往中间流动，与翅片上的热量进行交换，带走翅片上的热量。
气流在灯具附近的速度很低，然后吸收高温灯具的热量，气流受热速度逐渐增大，慢慢向灯具上方流动，同时周围环境空气不断向灯具涌动，与灯具和中间的热空气产生热交换，带走了更多的热量，气流越往上流动，速度越大，温度越低，最后和环境温度达到热平衡。
模拟路灯毕业设计论文
模拟路灯控制系统第一章绪论城市路灯照明是人们日常生活中必不可少的公共设施。
路灯照明耗电量约占总耗电量的15%，全国各地无不面对电力紧张带来的各种问题。
因此在利用好哦路灯为我们服务的同时如何减少电量、能源的浪费成为我们不得不考虑的一个很重要的课题。
1.1 课题的背景和意义没有光明的日子，我们无法想象。
亮度控制和人类的生产、生活有着密切的关系，同时也是工业生产中最常见的工艺参数，例如机械、电子、石油、化工等各类工业中广泛需要亮度的检测与控制。
随着能源的日益匮乏，人们生活水平的提高，人们对自己的生存环境越来越关注，而环境亮度的控制对出行的安全和健康有直接的影响，所以对亮度的检测和控制就非常有必要了。
总之，环境亮度检测控制与调节仪器的设计和开发具有非常大的市场和使用价值。
本设计师基于AT89C51单片机进行设计的，AT89C51单片机内程序存储器含有4KB的Flash存储器，允许在线编程，擦写周期可达100次，片内数据存储内含128字节的RAM，I/O口具有32跟可编程I/O线，可以通过编程实现对亮度的检测和控制。
如今单片机已经成为世界潮流，单片机将在我国得到更全面的推广应用。
1.2 基于89C51单片机的模拟路灯控制系统的研究当今天单片机的发展相当迅速，产品更新换代周期也越来越快，其结构不断改进、功能日益增强、性能价格比越来越高。
目前全世界单片机制造商也有很多家，产品有很多的系列。
它们在我国均得到了广泛应用。
模拟路灯控制系统是生产生活和城市道路建设中必备的系统之一。
根据设计题目要求，基于单片机为中心，通过AT89C51单片机实现对路灯定时开关及时间显示的控制。
红外传感部分电路通过可根据外界环境明暗的变化，能够自动进行开灯和关灯。
红外传感器可以接受物体在一定范围内发出的红外线，因此，将红外线置于适当的位置，便可实现灯依次点亮的控制。
通过对AT89C51单片机进行编程，使用单片机的两个端口分别对两只路灯进行控制，并舍帝国不同的开灯和关灯时间。
大功率LED路灯散热模拟与优化
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结层的厚度及环境温度等， 进行了详细分析 ， 根据 铝散热 １０ ８ ２ ２ ５ ２２ ０ ４ 片 图 １ 大 功 率 Ｌ Ｄ路 灯 示 意 图（／ 分 ） Ｅ １ ３部 分析结果对昕没计的模型进行了优化， 在经济和效 果之间达到了较好的平衡 ，获得 了较好的优化效 内放出的热量、 密度、 Ｐ ｃ比热容、 热率 ， Ｐ 特 、 果。 Ｃ 及 均可以 是变量； ２大功率 Ｌ Ｄ器件建模 Ｅ ②第二类边界条件 ２ 物理模型 １ ｑ ＝常数 本文 所建 立数值模型为 实际 模型的 １ ， ／ 结构 ３ 示 意图如 １ 所示 。 式中： 为热流密度； ， 由于灯罩部分基本不参与传热 ，所以在热分 ③ 第三类 边 条件 析 中去掉不考 虑。由图 １ 可知 ， 芯片 和铜 热沉 之间 ｗ 一 用银胶 填充 ，铜热沉 和铝散热 片之间 由热管连接 ， 。 （） 。 、， Ｊ ３ 热管的 蒸发端接铜热沉， 冷凝端接铝散热片。为了 式 中： ｈ对流换热系数 、 为散热器表面温 ｆ ｂ 图 ２ 散 热模 型 的 网格 划分 减小热管与铜热沉及铝散热片之间的接触热阻， 连 度、 为环境温度 、 ｎ散热器表面的法线方向、 接问隙用银胶填充。 Ａ为导热率； 本文中的徼 中采用了散热陛能较好的 ④对流换 热量 重力热管结构。由于热管依靠工作液体的汽 、 液相 散热结 构的对流换 热量 由以下公 ’ 算 变传热， 热阻很小， 因此具有很高的导热能力 ， 因而 ｗ＝ ｈ （ ） ａｔ ．一 热 管具有优 良的等温 陛。基 于热管 的等温 ｌ特 ， 生 在建立数值馍型时对其ｉ 了简化， 亍 把热管简化为 式中， ｈ对流换热系数、 ｆ为散热器表面温 个等温的物体。由于这个简化， 对于热管所连接 度 、 为 环境 温度 、Ａ为铝散 热 片总 的散 热 面积 、 鳖 ： ｆ ； ： ： ： ： 拣 散热结构的上下两个部分分别建立了数值模型 ， 在 Ｗ为散 热量 。 ３ 模 型 温 度 场 分 布 求解计算时， 热管与其他物体接触的面没定为等温 ３Ｌ Ｄ稳态温度场分析 Ｅ 面。 为了保证器件的寿命， 一般要求 Ｌ Ｄ芯片结 其利用率。 Ｅ 本文中， 由于散 热结 构 的特点 ， Ｇ ｍｂｔ 在 ａ ｉ软 温在 １０Ｃ以下 ， ２￣ 相关研究表明， 随着 Ｐ Ｎ结的升 ４优化分析 件中建立 的模 型为实 际结构的 ｌ 睁 对各部分采 用 温 ， ／。 ３ ４１环境温度因素分析 ． 白光 Ｌ Ｄ器件 的发 光波长将 发生红移 。 计资 Ｅ 统 Ｈ ｘＷｅｇ、 ｏ ｅ方式划分网格如图 ２所示 ， ｅ／ ｄｅｃ ｐｒ ｏ 各 料表明 ： １０Ｃ 在 ０ ￣的温度下 ， 可以红移 ４ ９ ｍ， 波长 －ｎ 当环境温度变化时，散热结构的最大散热功 部分 的网 格 数 目为 ， 片 ２５ 银胶 ２ ５ 铜热 沉 从而导致荧光粉吸收率下降，总的发光强度会减 率也会变化， ４ 芯 ２， ２， 图 给出了这种变化的关系。由图 ４ ５４， ４ ０铝散热片 ９ ８ ０ ３ ４ 。模型中各部分的物理尺寸 少 ， 白光色度变差。在室温附近 温度每升高 ＩＣ， 可知 当环 境温 度为 Ｏ ￣ ℃时 ． 热结 构的散 热功率 为 散 如表 １ 。对于热管与铜热沉之间的银胶填充物 ， 在 Ｌ Ｄ的发光强 度会相应地 减少 １ 右。为 了保 证 １６ 而当环境温度变为 ３ ％时， ４ Ｗ， ０ 此时散热结构 Ｅ ％左 模 型 中为 内半 径 为 ４ ｍ厚 度 为 ０ ２ ａ ｒ ． ｍｍ 的 圆柱 Ｌ Ｄ芯片的寿命和使用性能，在此文中取热管工 的散热功率为 ８ Ｗ， ０ Ｅ ４ 也能够满足大功率 Ｌ Ｄ路灯 Ｅ 体， 其网格数目为 ５ ０ ６ 。热管与铝散热片之间的银 作温度为 ７ ℃， 环境温度的改变对散热结构的散 Ｏ 设环境空气温度为 ３℃， ０ 此时利用 散热要求。可见， 胶填充物，在模型中分别为内半径为 ４ ｍ厚度为 Ｆｕｎ 求解器对所建立的模型进行求解 ， ａ ｒ ｌｅｔ 计算采用 热功率的影响非常大， 所以在确定散热结构的散热 ０ ２ ｍ 的半圆柱体 ， ．ｍ ０ 其网格数 目为 ２ ０ ８。 二阶收敛方式。得到了模型的稳态温度场 ， 如图 ３ 功率时应充分考虑大功率 Ｌ Ｄ路灯的实际工作环 Ｅ 模型中， 散热片壁面为自然对流换热 ， 芯片模 所示。 图 ３ 由 可知 ， 模型中， Ｄ Ｌ 芯片的最高温度为 境温度的影响。 Ｅ 型的发光 面为定热流壁 面 ， 其他封 闭在灯 罩中 的壁 ７ ． ２ ℃，此时所建立散热模型的散热功率为 ８Ｗ， ６ ４ ４ 热管数 目因素分析 ２ 面为绝热面。 铝散热片与空气的对流换热可应用大 大于发热功率 ５ Ｗ， 图５ 给出了在环境空气温度为 ３ ℃、 ０ 采用不 ０ 可以满足散热要求。 空间的自然对流处理∞ 根据计算结果 ， ， 取保守数 铜材料是热的良导体 ，模型中铜热沉的厚度 同热管数 目时， 散热结构的最大散热功率。由图可 值， 自然对流 换热系数取 ７ ｗ ｍ・ ）模 型中各个 为 １ｍｍ， ５ 。 Ｋ 热管的数目的增多 ， 可以使散热结构在环 ８ 靠近芯片的下半部分， 温度梯度很大； 而 以得出， 封装材料的导热系数 见表 １ 。 远离芯片的上半部分温度梯度很小， 几乎是等温分 境温度一定的晴况下 ， 散热功率增大。 采用 ｌ Ｏ根热 ２ 数 ． ２ 根热管时， 所建立的散热数值模型结构可 布，表明此部分铜热沉在散热结构中作用很小， 需 管相比４ 计算过程所涉及的控制方程 口 下。 １ 要对铜热沉的尺 寸进行优化。 导热银胶厚 ０ ２ ｍ 以增加约 １Ｗ 的散热功率，而对于整个大功率 ．ｍ ， ０ （ 量方程 １ 因其 导热 系数 比较 小 ， 温度梯度 比较 大 ， 其 是影 响 Ｌ Ｄ路灯散 热结构增加 ３ Ｗ 的散热功率 。图 ６ Ｅ ３ 给 ｏ ｔ ｏ ｏ ） （ ｔ ０ ｔ ＋ ｏ Ａｏ ） Ｏ） ｔ＋ 热管数目 ， 时 芯片的最高温度。由 图 模型热阻的重要因素 ， 需对其进行着重分析。铝散 出了采用不同 ＋ （ （ Ａ Ａ 热片尺寸较大， 由于热源（ 此时为热管得冷凝端 ） 相 ６可知 ， 热管数 目的增多， 对芯片的温度分布影响 Ｏ Ｏ ＇ Ｔ Ｘ ｏ ｙ ｏ ｙ ｏｚ （） １ 对集中在其 几何 中心 ，几何 中心温 度梯度 较大 ， 而 不大。因此应根据大功率 Ｌ Ｄ路灯的散热需要而 Ｅ 式中： 表示单位体积的导热体在单位时间 两端温度梯度很小 ， 应考虑热源分布的影响 ， 提高 确定热管数目。
led太阳能路灯控制器设计本科毕设论文
LED太阳能路灯控制器设计根据LED太阳能路灯系统特点，设计了太阳能路灯控制器。
详细说明了蓄电池充电控制及负载输出控制的硬件设计原理，并采用三段式充电理论实现了控制器的软件设计。
控制器功能易于实现，满足控制和环保节能的要求。
太阳能作为一种新兴的绿色能源，以其永不枯竭、无污染等优点，正得到迅速的推广应用。
LED具有体积小而坚固耐用，耗电量低、使用奉命长、环保、光色性能好等特点，有资料显示，每年用于照明的电力在3000亿度以上，若采用LED 照明，每年就可以节约1/3的照明用电，基本上相当于总投资规模超过2000亿元的三峡工程的全年发电量。
由于太阳能电池板输出的是直流电能，而LED也是直流驱动光源，两者的结合更能提高整个系统的效率，降低市政成本，所以LED 太阳能路灯越来越受到人们的重视。
2LED太阳能路灯系统结构LED太阳能路灯系统1所示，可以看出其由太阳能电池、路灯控制器、蓄电池、市电供电和LED路灯五部分组成，其中太阳电池用于把太阳光能转互电能，即白天时刻太阳能电池给蓄电池充电，并且可以根据太阳能电池两端电压的大小判断光亮程度。
也就是从太阳电池电压的大小来判断天黑和天亮。
蓄电池是整个太阳能系统的储备能源设备，白天时太阳电池给蓄电池充电，晚上或阴雨天系统和负载用电由蓄电池来提供。
3路灯控制器硬件设计太阳能路灯控制器是太阳能路灯系统中最为重要的部件，其功能设计的好坏决定了一个太阳能路灯系统运行情况的优劣。
路灯控制器需要实现的功能有：根据太阳亮度，白天断开LED路灯而给蓄电池充电，晚上通过蓄电池给路灯供电，并能分时段进行功率调整，在蓄电池电量不足时，自动切换到市电供电系统；防止蓄电池过充和过放，具有短路保护和反接保护功能等。
根据需要实现的控制功能，本文选择STM8单片机对LED 太阳能路灯系统进行控制。
单片机主要完成的功能包括检测蓄电池两端电压并根据不同状态采用不同的充电模式；判断白天黑夜并以此来切换蓄电池充电和放电模式以及切换到市电供电系统。
Vol 5 No4 Apr 2011 基于仿真技术的LED路灯热设计
基于仿真技术的LED路灯热设计张旭东摘 要 基于CAE仿真技术，评估LED路灯在工作状态下的散热性能，并通过与实测数据的对比，证明CAE仿真技术的可靠性。
在仿真数据的基础上，高效地评估LED路灯热设计优化方案的可行性。
关键词 CAE； 热设计； 仿真ABSTRACT Evaluate the thermal performance of the LED Light based on CAE simulation. Compared with the experimental data, the reliability of CAE simulation is proved. The optimization of thermal design can be evaluated efficiently using CAE simulation.KEYWORDS CAE; Thermal Design; Simulation1 前言随着国家新能源开发战略的实施，LED凭借其高效、可靠的优势，受到了越来越多的关注。
目前LED 照明已经开始逐步取代传统照明灯具，在国内外有着巨大的市场。
目前制约LED发展的两个主要因素是光学配光和散热设计。
特别是大功率LED路灯，受其使用环境和可靠性的制约，大多采用自然对流换热的散热方式。
因此对LED的散热设计提出了更高的要求。
借助CAE仿真技术，能够更加快速高效地评估散热方案，并完成散热器的优化设计。
2 CAE仿真在LED热设计中的应用2.1 LED热设计理论LED所发光为冷光源，因此，除了一部分能量转换成光能，通过LED所配的透明灯罩散失到外界环境中去。
剩下大约80%的能量均转化为热能。
热量通过LED封装基座及高导热系数的铝基PCB，传导至散热器上，进而散失到周围空气中。
由此可见，整个LED 路灯的散热设计，在确定了LED颗粒型号及铝基PCB 之后，主要为散热器的设计。
路灯模拟控制系统毕业论文设计完美版
目录摘要 (1)第一章绪论 (2)第二章方案设计与论证 (3)一外部环境明暗的检测单元 (3)二路况的检测单元 (3)三处理器的选择 (3)第三章硬件设计 (4)一80C51单片机硬件结构 (4)1微处理器 (4)2数据存储器 (4)3程序存储器 (4)4中断系统 (5)5定时器/计数器 (5)6串行口 (5)7特殊功能寄存器 (5)二最小应用系统设计 (5)1时钟电路 (6)2复位电路 (6)3通用的晶振电路 (7)三显示电路 (8)四LED灯电路构成 (9)第四章软件设计 (12)一主程序设计 (12)二延时子程序设计 (14)三按键扫描子程序设计 (14)四中断子程序设计 (15)五显示子程序 (16)六声光报警子程序 (19)七交通情况检测子程序 (20)八路灯控制子程序设计 (21)参考文献: (24)附录: (25)附1：元器件明细表: (25)附2:仪器设备清单 (25)附3：电路图图纸 (26)附4：程序清单 (26)摘要STC89C52RC单片机是一款八位单片机，他的易用性和多功能性受到了广大使用者的好评.本系统以毕业设计的题目要求为目的，采用8051单片机为控制核心，利用光电传感器出检测环境的明暗变化以及路灯的工作状态，利用对射式红外线检测交通的情况，通过在硬件的基础上进行编程，利用软件达到路灯模拟系统的支路控制器有时钟功能，能设定、显示开关灯时间,并控制整条支路按时开灯和关灯；支路控制器能根据环境明暗变化，自动开灯和关灯;支路控制器能根据交通情况自动调节亮灯状态；支路控制器能分别独立控制每只路灯的开灯和关灯时间;当路灯出现故障时(灯不亮)，支路控制器发出声光报警信号，并显示有故障路灯的地址编号。
整个系统的电路结构简单，可靠性能高.实验测试结果满足要求。
采用的技术主要有：（1）通过编程来路灯的状态。
（2）传感器的有效应用;（3）新型显示芯片的采用。
关键词：STC89C52RC单片机光电传感器红外传感器AbstractSTC89C52RC monolithic integrated circuits is one of eight monolithic integrated circuits, his ease and functional by the user’s。
LED灯主动散热系统的设计与实验验证
LED灯主动散热系统的设计与实验验证摘要：解决大功率LED灯具高效LED灯散热问题。
以主动LED灯散热为冷却介质，设计出主动LED灯散热喷射散热器，通过COMSOL软件研究主动LED灯散热喷射对功率为300 W LED灯的LED灯散热特性。
仿真试验结果表明，增大主动LED灯散热流量能明显改善传热效果，流量由7.85 mL/s增至23.55 mL/s，LED灯散热器相同位置处干冰固相分数由0.04增至0.34。
增大主动LED灯散热流速可显著降低基板表面温度，流速由0.1m/s增至0.3 m/s，温度约降低26.4%，且随着流速增大，降温效果逐渐减弱。
与自然对流和水微喷射阵列冷却方式相比，以主动LED灯散热为冷却介质的基板表面温度分别降低44.71％和23.44％；与单相射流方式相比，温度降低24.1％。
主动LED灯散热喷射冷却效果明显提升，温度更加均匀。
关键词：LED灯；主动LED灯散热；系统设计；实验验证引言近年来，LED 光源因其节能环保、响应速度快、可靠性高、使用寿命长，且能够提高汽车耐久性和舒适性等优点，已逐步取代卤素灯、氙气灯等传统光源，成为车用照明领域的主要光源。
LED芯片的大部分能量会转换为热量，热量过高将会缩短LED的使用寿命甚至损坏芯片，因此必须采用合理的LED灯散热方式保证LED主动LED灯散热的正常工作。
对于低功率的LED主动LED灯散热，自然对流即可实现有效LED灯散热；而随着大功率LED主动LED灯散热的广泛使用，仅依靠传统的被动LED灯散热不能够满足LED灯散热需求，因此需要增加主动散热方式。
常见的主动LED灯散热方式包括热管、风冷及液冷LED灯散热，但热管LED灯散热的成本较高且导热能力有限，液冷LED灯散热成本高、结构复杂且可靠性差；相比于热管及液冷LED灯散热，风冷LED灯散热成本较低且可靠性更高，因此使用冷却主动LED灯散热进行强制对流LED灯散热是当前大功率LED主动LED灯散热首选的LED灯散热方式。
大功率LED 路灯散热分析与设计
大功率LED 路灯散热分析与设计摘要：新兴的大功率LED 以其高效、节能、长寿命、绿色环保等显著特点，成为21世纪全球最热门、最瞩目的新光源。
LED 的散热问题是攻克大功率照明灯具的关键，在大功率ＬＥＤ的性能和路灯设计的关键技术中，散热设计是非常重要的环节，散热设计的好坏将直接关系到ＬＥＤ路灯的实际应用。
关键词：大功率LED；路灯；散热；设计Abstract: the new high power LED to its high efficiency, energy saving, the long life, the green environmental protection, and other characteristics, becoming the world’s most popular, the most outstanding new light source. The heat is LED to conquer high-power lighting lamps key, in high power LED performance and lamp design key technology, thermal design is very important link, the stand or fall of cooling design will be directly related to the LED the actual application of the street lamp.Keywords: high power LED; Street lamps; Heat; design一、引言随着国内外产业发展迅猛，ＬＥＤ作为新一代绿色环保型固体照明光源，已经成为人们关注的焦点。
但其成本和散热问题始终是困扰LED发展和普及的两大难题。
其中大功率LED 路灯的寿命除了电源和灯的本身质量以外，散热问题是最为重点。
照明用大功率LED阵列散热设计与仿真分析-北京航空航天大学大学毕业设计
单位代码10006学号34140113分类号N94密级毕业设计照明用大功率LED阵列散热设计与仿真分析院（系）名称工程系统工程系专业名称飞行器设计（可靠性）学生姓名王传亮指导教师高成2008年6月北京航空航天大学本科生毕业设计（论文）任务书Ⅰ、毕业设计（论文）题目：照明用大功率LED阵列散热设计与仿真分析Ⅱ、毕业设计（论文）使用的原始资料（数据）及设计技术要求：原始资料包括：ICEPAK4.1使用说明；LED照明阵列。
设计技术要求：在研究大功率LED封装的热特性的基础上，设计LED照明阵列的散热器，对LED照明阵列建立等效热阻网络模型，软件仿真和试验验证来说明散热器能够满足LED照明阵列的散热要求。
Ⅲ、毕业设计（论文）工作内容：1）LED封装的热特性研究；2）建立LED照明灯具散热系统等效热阻网络模型；3）LED照明阵列的软件仿真分析；4）试验验证Ⅳ、主要参考资料：《传热学》.高等教育出版社.2004年5月.杨世铭，陶文铨编著．《电子制造技术基础》.机械工业出版社.2005年5月.吴懿平，丁汉编著．工程系统工程系学院（系）飞行器设计（可靠性）专业类341401 班学生王传亮毕业设计（论文）时间：2008 年 2 月18日至2008 年 6 月14 日答辩时间：2008 年 6 月18 日成绩：指导教师：兼职教师或答疑教师（并指出所负责部分）：系（教研室）主任（签字）：注：任务书应该附在已完成的毕业设计（论文）的首页。
学位论文的声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在指导教师指导下独立进行研究工作所取得的成果，论文中有关资料和数据是实事求是的。
尽我所知，除文中已经加以标注和致谢外，本论文不包含其他人已经发表或撰写的研究成果，也不包含本人或他人为获得北京航空航天大学或其它教育机构的学位或学历证书而使用过的材料。
若有不实之处，本人愿意承担相关法律责任。
作者：王传亮签字：时间：2008年6月照明用大功率LED阵列散热设计与仿真分析学生：王传亮指导教师：高成摘要白光LED灯具具有寿命长、耗电小、发光效率高等优点，是被寄予厚望的半导体光源，在光效、寿命以及环保等方面具有以往光源所无法比拟的优势。
道路照明中大功率LED路灯散热方案
道路照明中大功率LED路灯散热方案1 引言创建节约型社会已成为人们的共识，但是目前道路照明中仍然大量使用的高压钠灯灯具的综合效率并不高，只有70%左右，且显色指数偏低，夜间照明感觉昏暗，不利于汽车驾驶人员和行人对目标和障碍物的分辨，对道路交通安全存在一定的影响。
目前，大功率白光LED在发光效率（>80lmPW）、使用寿命（>50000h）、光输出特性、显色性能（75～80）、色温的选择、可调控性以及绿色无污染等方面具有独特的优势，能够按照城市道路照明设计标准的要求，方便灵活地设计出合乎光输出要求的、令人满意的路灯，成为具有极强竞争力的新型优质光源。
在决定LED路灯应用的几个关键技术中，散热设计是非常重要的一环，也是制约其能否获得广泛使用的技术瓶颈之一。
也就是说，散热设计的好坏将直接决定LED路灯的性能指标优劣以及实际的推广应用能否获得成功。
2 大功率LED的散热方案大功率LED是构成LED路灯的基本发光源，目前的芯片电P光转换效率很低，只有15%～20%,芯片的物理尺寸为1～6125mm2,面积很小，功率密度及发热量很大，所消耗电能中的80%～85%将转换为热能而需要被散发掉，并且芯片的温度超过一定值时，发光波长变长，颜色发生红移，将导致芯片出光效率下降和使用寿命减少等诸多问。
因此要保证大功率LED能够正常有效地使用，散热是首先需要解决的关键问题。
2.1温度对LED的影响及封装的一次散热方案大功率LED芯片工作时的结温高低与光通量、寿命的关系极为密切。
为了将高达80%～85%的热量散发掉，LED在封装时就采用了科学的热流程设计和卓有成效的封装工艺。
通过应用高导热的材料（内部热沉）来保证由芯片产生的高热能够顺利地导出，使得封装成型后的LED具有良好的导热和热散出性能。
2.1.1LED结温与光通量、寿命的关系基于大功率LED的工作特性，其结温的高低与光通量的大小、使用寿命的长短有直接的利害关系。
太阳能LED路灯照明系统设计(毕业设计)
广西大学毕业设计（论文）任务书课题名称太阳能LED路灯照明系统设计学院物理科学与工程技术专业电子科学与技术班级 06级1班学号**********姓名郭卫指导教师陆翔二O一 O 年六月二日摘 要近年来，随着太阳能发电产业的迅速发展，光伏应用的领域正在逐渐扩大，各种光伏新产品不断涌现。
这种光伏技术被公认为是21世纪最具发展前景的高新技术领域之一。
已开始在美国、法国、日本等发达国家很多地区得到广泛应用。
研究方法是设计步骤中的核心问题。
对方法的研究过程中，最终采用了PIC16F716的PWM限流控制器，该控制器为结合铅酸蓄电池充放电特性和太阳电池伏安特性，专为负载LED灯具设计的一款充放电控制器，其利用PWM技术对LED进行稳压限流供电，从而达到延长LED使用寿命的目的。
此外，充电电路太阳能路灯系统是利用太阳能电池的光伏效应将太阳光能直接转换成电能，选择一种合适的蓄电池的充电管理模式，并要求对电压的实时监测，及时配合控制器的指令控制最终能够有效的完成白天利用太阳能电池板对蓄电池充电，晚上蓄电池释放能量点亮LED 灯，并且在阴雨天气的状况下，能够持续供电3~4天。
并且充电电路分别对保护电压、浮充点电压，恢复电压时进行不同的充电方式，再用于照明的系统。
经过调试试验等最终证实了，在照明路灯中，作为技术和艺术相结合的太阳能照明系统-太阳能LED路灯，因具备环保、节能、发光效率高等诸多优点，是的太阳能LED灯照明技术正在成为照明史上继白炽灯、荧光灯之后的又一场照明光源的革命。
关键词：太阳能LED路灯放电路 PWM控制光伏效应目 录第一章 绪 论 (1)1.1 前言 (1)1.2 技术指标和系统功能 (1)1.2.1 系统技术指标： (1)1.2.2 系统功能 (2)第二章 系统方案论证及选择 (3)2.1 方案比较与论证 (3)2.1.1太阳能电池板的选择 (3)2.1.2 蓄电池的选择对比 (3)2.1.3 照明灯具的选择 (4)2.1.4 控制器芯片的选择 (5)2.2 方案的配置与计算 (6)2.2.1方案的配置 (6)第三章 系统设计的理论分析 (7)3.1太阳能照明系统电路总体分析 (7)3.2太阳能光伏发电的理论 (7)3.3控制器设计的理论基础 (8)3.4 蓄电池的充放电原理 (8)3.5 LED的驱动原理 (9)第四章 系统的硬件设计 (10)4.1系统电路框图 (10)4. 2 控制模块的硬件设计 (11)4.2.1充电电路的设计 (11)4.2.2放电电路的硬件设计 (12)4.2.3 LED指示电路 (12)4.2.4控制器电源稳压电路的硬件设计 (13)4.2.5外围电路的硬件设计 (14)4.3 LED的连接方式 (14)4.4 硬件设计的原理流程图 (14)4.5硬件系统总图 (15)第五章 软件设计 (17)5.1系统软件框图 (17)5.2系统主要程序编辑 (17)5.2.1PWM模式的选择 (17)5.2.2检测程序的流程 (17)第六章 实验结果与分析 (20)6.1实验的性能分析 (20)6.2实验结果 (21)第七章 产品经济可行性分析 (22)7.1成本对比估算 (22)7.2设计的前景展望 (23)结束语 (25)参考书目 (26)致 谢 (28)第一章 绪 论1.1 前言太阳能LED照明是未来照明的方向，其最大特点为：环保、节能、发光效率高，因此使它将逐步取代传统光源。
LED路灯照明系统散热设计及模拟仿真毕业设计
目录1。
绪论 (1)1.1绿色光源LED的现状 (1)1.2论文主要研究的内容 (3)2.国家“十城万盏”LED半导体照明工程实施进展情况 (4)3.光的照明基础知识 (6)3。
1光度学基础知识 (6)3.1。
1光的基本概念和理论 (6)3。
1.2光的传播特性 (7)3.1.3光的基本度量 (9)3。
2色度学基础知识 (11)3.2。
1颜色 (11)3。
2。
2与颜色有关的照明参量 (14)4。
LED在各个领域中的应用 (15)4。
1 LED汽车照明 (15)4。
2 LED道理隧道照明 (17)4。
3 LED在其它方面的应用 (20)5. LED的发光原理及主要参数、特性 (21)5.1 LED的发光原理及结构 (21)5。
2 LED主要参数及特性 (24)5.2.1 LED的电学特性 (24)5。
2.2 LED的光学特性 (25)5。
2。
3 LED的热学特性 (25)6。
大功率LED灯散热设计 (26)6。
1 LED散热的必要性 (27)6。
2 LED的散热技术 (27)7。
LED路灯设计 (28)7.1《城市道路照明设计标准》 (29)7.2设计目标为校园路灯 (30)7。
3计算所需要LED的个数 (30)7.4路灯灯头设计 (32)7。
5 LED路灯的散热 (33)8. LED路灯散热设计（软件仿真） (34)8.1 IcePak软件介绍 (34)8.2用Icepak进行热仿真及分析 (34)8.2。
1建模 (34)8。
2。
1对模型进行热分析 (35)9.校园LED路灯应用 (41)结论 (43)致谢 ............................................................................................................ 错误!未定义书签。
参考文献 . (44)1. 绪论1。
1 绿色光源LED的现状当前全球能源短缺的忧虑再度升高的背景下，节约能源是我们未来面临的重要的问题，在照明领域，LED发光产品的应用正吸引着世人的目光，LED作为一种新型的绿色光源产品,必然是未来发展的趋势，二十一世纪将进入以LED为代表的新型照明光源时代.随着低碳经济的全面推动，绿色照明备受各国政府的重视。
灯具LED热设计及仿真模拟
1.灯具热设计意义高温对电子产品的影响:–绝缘性能退化–元器件损坏–材料的热老化–低熔点焊缝开裂、焊点脱落热设计对灯具的影响:–光源工作状态及寿命–灯具电气安全–材料选择与寿命2.电子失效的主要原因3.电子产品失效与温升4.热设计理论基础热设计的基本问题–耗散的热量决定了温升，因此也决定了任一给定结构的温度；–热量以导热、对流及辐射传递出去，每种形式传递的热量与其热阻成反比；–热量、热阻和温度是热设计中的重要参数；–所有的冷却系统应是最简单又最经济的，并适合于特定的电气和机械、环境条件，同时满足可靠性要求；–热设计应与电气设计、结构设计、可靠性设计同时进行，当出现矛盾时，应进行权衡分析，折衷解决;5.热传播方式热传导–传导是发生在两种直接接触的介质（固体，液体，气体）–传导过程中，能量通过以下方式传递自由电子运动点阵振动6.热阻–热量在热流路径上遇到的阻力，反映介质或介质间的传热能力的大小，表明了1W热量所引起的温升大小，单位为℃/W或K/W。
用热耗乘以热阻，即可获得该传热路径上的温升。
–可以用一个简单的模拟来解释热阻的意义，换热量相当于电流，温差相当于电压，则热阻相当于电阻。
dq/dt=∆T/ROr：d q / d t = ΔT / R = 热流T = 温度A = 横截面积k = 热导系数ΔX = 厚度R =ΔX /（k A）= 热阻7.对流–对流发生在有温差的表面和运动流体间的传热–对流有如下两种方式：自然对流散热强制对流散热External Flow 外流Internal Flow 内流dq/dt = 小块到空气的全部热量h = 对流换热系数A = 有效散热面积Tw = 热表面温度Tf = 气流的平均温度R = 1 /(hA) 热阻8.热辐射–辐射发生在两种没有直接接触的表面–能量通过电磁波传递–所有物体大于0 K均发生热幅射dq/dt:两个表面幅射交换能量为：Where, dq/dt = 热流σ= Stefan-Boltzmann 常数ε= 表面发射率f = 表面1到表面2的视因子A = 辐射面积T1, T2 = 发射面和接受面温度9.LED光源特性与传统光源不同，高功率发光二极管（LED）不产生热辐射，而由其PN结向LED封装上的散热片（thermal slug）进行热传导。
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目录1.绪论 (1)1.1绿色光源LED的现状 (1)1.2论文主要研究的内容 (3)2.国家“十城万盏”LED半导体照明工程实施进展情况 (4)3.光的照明基础知识 (6)3.1光度学基础知识 (6)3.1.1光的基本概念和理论 (6)3.1.2光的传播特性 (7)3.1.3光的基本度量 (9)3.2色度学基础知识 (11)3.2.1颜色 (11)3.2.2与颜色有关的照明参量 (14)4. LED在各个领域中的应用 (15)4.1 LED汽车照明 (15)4.2 LED道理隧道照明 (17)4.3 LED在其它方面的应用 (20)5. LED的发光原理及主要参数、特性 (22)5.1 LED的发光原理及结构 (22)5.2 LED主要参数及特性 (24)5.2.1 LED的电学特性 (24)5.2.2 LED的光学特性 (25)5.2.3 LED的热学特性 (25)6.大功率LED灯散热设计 (27)6.1 LED散热的必要性 (27)6.2 LED的散热技术 (27)7. LED路灯设计 (29)7.1《城市道路照明设计标准》 (29)7.2设计目标为校园路灯 (30)7.3计算所需要LED的个数 (30)7.4路灯灯头设计 (32)7.5 LED路灯的散热 (33)8. LED路灯散热设计（软件仿真） (34)8.1 IcePak软件介绍 (34)8.2用Icepak进行热仿真及分析 (34)8.2.1建模 (34)8.2.1对模型进行热分析 (35)9.校园LED路灯应用 (41)结论 (43)致谢 ............................................................................................................ 错误!未定义书签。
参考文献 . (44)1. 绪论1.1 绿色光源LED的现状当前全球能源短缺的忧虑再度升高的背景下，节约能源是我们未来面临的重要的问题，在照明领域，LED发光产品的应用正吸引着世人的目光，LED作为一种新型的绿色光源产品，必然是未来发展的趋势，二十一世纪将进入以LED为代表的新型照明光源时代。
随着低碳经济的全面推动，绿色照明备受各国政府的重视。
低碳经济就是以低能耗、低污染、低排放为基础的经济模式，其实质是能源效率和清洁能源结构问题，核心是能源技术创新和制度创新，目标是减缓气候变化和促进人类的可持续发展。
根据美国能源信息局的报告，发电（大部分为照明应用提供电源）制造了37的温室气体。
在我国，照明用电的电消耗约2000亿千瓦时，占年发电量的12%左右。
实行绿色照明将减少用电量，从而降低碳排放。
所以，实现绿色照明符合低碳经济的发展。
LED是发光二极管的简称，具有节能、环保、耗电量少、寿命长、色彩丰富、耐震动、可控性强等特点，发光效率高且达到同样照明效果的功率低。
在同等照明亮度的状况下，LED灯比普通灯平均节电40％~50％。
为了在照明领域实现低碳经济，各国政府都提出和实施绿色照明工程。
美国、日本、欧盟等国家和地区纷纷制定政策扶持LED 照明产业的发展。
我国政府从1996年开始组织实施绿色照明工程，并将其列入“九五”、“十五”节能重点领域和“十一五”十大重点节能工程。
2009年10月，又发布了《半导体照明节能产业发展意见》，旨在推动我国半导体照明节能产业健康有序发展，培育新的经济增长点及促进节能减排，提出将开发和推广替代白炽灯、卤钨灯等节能效果显著、性价比高的半导体照明定型产品；开发和推广停车场、隧道、道路等性能要求高、照明时间长的功能性半导体照明定型产品；发展中大尺寸液晶显示背光源、汽车照明等增长潜力大的半导体照明产品；发展医疗、农业等特殊用途的半导体照明产品。
许多城市已经利用LED光源照明技术在城市灯光环境建设中,产生了良好的效果,像护栏照明、广场照明、庭院照明、投光照明、水下照明等系列。
由于LED光源的显著优点和白光LED技术的日臻成熟,LED光源城市道路照明系统有着广阔的应用前景。
对节省建设资金,缓减用电矛盾,构建节约型社会具有重大意义。
LED灯具性能上的优势：（1）节能，安全性高:LED光源如果设计合理,很大程度上可以直接解决传统球状光源必须依靠光发射来解决的二次取光及光损耗问题。
所以灯具反射损失低,灯具整体光效高,如果采用PWM数字调光系统,更省电;目前白光LED的发光效率约为80 lm/W,较传统高压钠灯可以节电50%~60%。
如果和太阳能系统直接配套,无需额外的逆变、转换过程,能达到最大的能源利用率。
（2）低维护成本,安装维护简便:如果灯具整体设计合理,大功率LED光源理论上可以正常使用10年不用更换,而传统高压钠灯平均1年半就要更换一次,所以可以大大降低维护成本。
同时采用LED路灯除了在单灯成本及最初安装的造价比高压钠灯高外,在铺设成本、耗电成本及寿命方面均大大优于高压钠灯。
由于驱动电流小、电缆、变压器和工程费用也相应的减少。
（3）显色性佳,配光容易:LED的显色指数高(75~90),基本上接近自然光。
光色可以人为控制,可以通过配光满足不同照明领域的需求。
对光照射区域的光色均匀度可控,能够避免传统光源单调色的现象。
（4）环保,便于管理:LED光源无辐射,更不会造成光污染;使用寿命长,不需要经常进行更换,管理维护方便。
现阶段LED灯具性能上的缺陷：（1）发光效率较低,亮度不足,灯具的成本高:目前虽然试验室水平大功率白光LED的发光效率已经超过了100 lm/W,但量产的、性价比高的大功率白光LED发光效率还在80 lm/W左右,在灯具设计中如果要提高整体的灯具亮度指标,势必要增加LED的数量,从而增加灯具的成本。
（2）地面对LED光的反射率低:由于目前白光LED光谱特征,路面及周边物体对其反射率低,特别是沥青路面,虽然地面的照度指标能达到要求,但路面的亮度较低,与钠灯的黄光相比,这是它的一个弱点。
输出功率及光通量的提高要从大功率白光LED的外延技术、芯片工艺等基础层次进一步提升。
（3）当前技术下LED的光通量还不够大,光效太低,色温不易控制,造成灯具的整体品质难以保证;灯具的稳定性,可靠性难以保证;有效光的照明角度偏小、分布不均匀,光学、散热设计复杂。
总之，LED是一种固态冷光源，是继白炽灯、荧光灯、和高强度放电（HID）灯（如高压钠灯和金卤灯）之后的第四代新光源。
半导体照明（也称固态照明）既是一种基于LED新型光源的固态照明，具体的讲，是一种基于白光LED的固态照明，是一种典型的节能、环保绿色照明。
LED被公认为是21世纪最具发展前景的高新技术领域之一，由于其蕴藏着巨大的商机，正成为群雄逐鹿的新战场。
1.2 论文主要研究的内容由于LED具有高效、节能及寿命长的优点，符合现在所提倡的节能减排、绿色低碳型经济，所以研究设计LED路灯是有实际意义的。
本文先是介绍了国家“十城万盏”LED半导体照明工程及其施工进展情况，说明了国家对LED照明发展的重视；然后，介绍了照明中所用到的光度学和色度学的基础知识，要设计出合理的路灯，这些基础知识是必须要掌握的，其中光的基本度量，是评价LED照明效果的重要参数；接着，讲述了目前LED在各个领域中的应用，在汽车、道路照明等领域的应用中，LED有非常明显的优势及很好的前景；然后描述了LED的结构及发光原理，对LED的3大特性进行了分析、研究。
前面几章是研究和介绍LED的基础知识和特性，后面3章是设计LED路灯及散热分析，只有掌握了基础知识，才能设计出合格的路灯。
对校园LED路灯的设计、路灯的散热分析及仿真是本论文的重点。
本文的路灯设计是针对我校路灯的实际情况来设计的，根据学校路目前路灯覆盖率、照明效果及路面情况来选取的基本参数，从而设计出符合校园要求的LED路灯，和现在的高压钠灯相比，LED路灯更省电，照明效果更好；对路灯的散热，是用软件IcePak进行模拟仿真，从整体到局部进行热分析，最后分析结果说明所设计的路灯散热效果良好。
2. 国家“十城万盏”LED半导体照明工程实施进展情况“十城万盏”半导体照明应用工程,是一项由科技部提出的计划,应用工程的总体目标是：到2010年,在10～21个城市推广40万盏以上半导体市政照明灯具,实现年节电6000万千瓦时,累计节电1亿千瓦时以上,半导体市政照明灯具产业规模达到80亿元,带动半导体照明相关产业产值超过1000亿元。
对于工程试点城市,国家将在政策和资金上予以支持。
2009年注定是中国LED年,4月份国家科技部推出十城万盏计划。
7月24日,国家发改委与联合国开发计划署(UNDP)、全球环境基金(GEF)合作的中国逐步淘汰白炽灯、加快推广节能灯项目签字仪式在北京举行。
联合国秘书长潘基文、国家发改委副主任解振华、中国常驻联合国代表张业遂、财政部副部长李勇、联合国开发计划署(UNDP)中国首席代表马和励出席了签字仪式。
这标志着中国绿色照明国际合作进入新的阶段。
其实,国家财政部早在2008年,开始实行的《高效照明产品推广财政补贴资金管理暂行办法》已把LED半导体照明产品列入补贴范围,随之相应配套的税费等政策相继出台。
这是对一个产业空前的支持。
由2008年北京奥运LED的应用持续发烧,加上2010年上海世界博览会、广州亚洲运动会和2011年深圳世界大学运动会即将陆续登场,所带动的大型LED广告牌、建筑景观照明等应用商机,也是2012年LED产业值得关注的热点。
政府的支持,国家节能减排政策的带动将是持续发展的动力。
LED道路照明市场部分,除了国际展览、赛事的推波助澜外,各国政府大型采购和LED路灯示范计划的实施,以及LED路灯照明地方规范相继制定,预计2012年全球LED路灯市场渗透率将突破1%,开始迈入快速增长期。
关于如何开展十城万盏LED试点示范城市工作,科技部高新司对口业务处室原提出的实施方案初步设想是：通过以LED在市政照明的应用示范工程为载体,选择10个城市推广应用LED照明灯具(包括路灯、隧道灯、地铁轻轨、加油站、地下停车场等功能照明灯具)1万盏以上。
根据LED产品的技术效能、应用的节能效果以及所获得的经济、社会效益,采取后补助的方式,进行补贴,但目前依然没有下达文件。
2009年5月初,中国科技部批准21个城市开展半导体照明应用工程试点工。
全国21个试点城市为天津市、上海市、重庆市、石家庄市、保定市、大连市、哈尔滨市、扬州市、宁波市、杭州市、厦门市、福州市、南昌市、潍坊市、郑州市、西安市、武汉市、深圳市、东莞市、成都市、绵阳市。
一些有基础的城市在很短的时间内就编制了推广计划,如天津市计划推广50万盏,扬州市计划5万盏,保定市计划3.8万盏,成都市计划1.5万盏,仅这四个城市计划的LED 照明灯具就高达63万盏。