LED灯的液态金属冷却方法试验研究
LED汽车灯散热器结构设计与散热分析
LED 汽车灯散热器结构设计与散热分析摘要：在汽车结构中，LED汽车灯是非常重要的组成部分。
本文对LED汽车灯散热器的结构设计与散热分析进行论述。
为进一步优化和提升液态金属散热性能，采用流体力学仿真方法，系统研究流速、流道结构等对LED前照灯温控性能的影响，并提出一种新的冷板流道结构，有效改善了液态金属温控效果，对包括大功率LED灯散热系统在内的其他高热流密度散热系统同样具有参考意义。
关键词：LED散热;液态金属;温控实验引言对散热系统进行分析研究，以保证车辆有良好的散热，对于车辆安全可靠运行有着重要作用。
基于传热理论和流体力学理论，根据发动机散热实际情况，对散热器结构尺寸进行设计分析。
运用三维建模软件对散热器进行实体建模，在对散热器局部进行简单处理后，将模型导入ANSYS中进行CFD仿真分析，设置边界条件，以此获得散热器的温度场、流体分布情况。
1LED散热评估实验及分析1.1模型建立分析原型为某公司的D2H型LED散热器，对其基础模型进行散热情况的模拟，并对其结构进行优化设计。
在实际使用中，热量从芯片产生，由PCB板传到散热器。
其中，芯片与PCB板上有导电胶，PCB板与散热器间涂有导热胶。
散热器采用强迫对流，风扇强制空气对流换热系数取值范围为30~100W/(m2·K)。
因为LED 发光芯片较小，可将其简化为一个热源面，并假设每颗LED的性能完全相同。
本文主要分析LED汽车灯散热器结构对散热的影响，简化LED发光芯片处温度，模型简化符合实际情况。
1.2实验数据及分析随着流量的增大，两种流体进出口的温差逐渐趋于固定的值，液态金属的稳定温差大于水;而在流量较低的工况下，由于流体在冷板被加热和散热器被散热的时间相对增加，导致进口温度较低，出口温度较高，进出口温差较大;随着流量的增大，两种流体的散热效果都有所提升，但当达到一定流速后，散热效果的提升则变得有限，而液态金属散热系统在流量增加的过程中则更早到达散热能力的极限值。
用液态金属技术为LED显示屏散热
炎热的天气，赶紧为我们的LED显示屏降降温吧，据小编所了解对LED显示屏散热办法有许多种，包含天然对流冷却、空气逼迫对流冷却、液冷、相变冷却、固态冷却等，总有一个方法适合你的。
在比拟老练的产物中，用得最多的办法仍然是布局简略、本钱低价的天然对流，例如LED路灯，使用其具有大表面积的灯罩进行散热。
其次是具有布局简略，无运动部件等长处的热管散热器。
但是这些办法仍不能满意更高功率密度的散热需求，所以有必要采纳更有用的散热方法。
今天小编就给大家推荐一种新型的LED大屏幕散热方法—液态金属散热：
一、液态金属技能特色：
1、液态金属的高电导特点使其可采用无任何运动部件的电磁泵驱动，驱动效率高，能耗低，并且没有任何噪音。
2、液体金属具有远高于水、空气及许多非金属介质的热导率，因而液态金属芯片散热器相对传统水冷可完成愈加高效的热量输运及极限散热才能。
3、液态金属不易蒸腾，不易走漏，安全无毒，物化性质安稳，很容易收回，是一种十分安全的活动工质，能够确保散热体系的高效，长时间，安稳运转。
二、液态金属散热技能分析：中科院低温工程学要点试验室主任罗二仓研究员说：“在整个IT范畴里，液态金属散热技能的创造有标志性含义，它第一次将室温下处于活动的金属液体引进到计算机。
从而为高暖流密度芯片和器材的高效散热拓荒了全新方法，并引申出一系列突破性的技能理念。
”
总结：液态金属是一类美妙的金属，它们在常温下是液体，能够像水相同自在活动，但却具有金属的特性。
其导热才能和吸纳热量的才能都远大于传统的甲醇、水等导热剂，是新一代散热器的抱负传热介质，这些风趣的物理学特性和重要工程学价值以往却不为人知。
液氮灯泡实验原理-概述说明以及解释
液氮灯泡实验原理-概述说明以及解释1.引言1.1 概述液氮灯泡实验是一种常见的物理实验，其基本原理是利用液氮的低温特性来改变灯泡的发光性能。
液氮灯泡实验的步骤简单易懂，可以通过简单的操作来观察和理解灯泡在不同温度下的特性变化。
在液氮灯泡实验中，液氮是一种非常低温的液体，其沸点为-196C。
液氮能够迅速降低灯泡的温度，使其迅速冷却到液氮的温度，此时灯泡的发光性能会发生一系列的变化。
这是因为灯泡中的炭丝和其他组成部分在低温下的电学特性发生变化，从而影响了灯泡的发光亮度和颜色。
通过观察液氮灯泡实验的结果，可以深入了解灯泡的工作原理和材料特性。
液氮灯泡实验具有一定的教育意义和实践价值。
通过这个实验，可以帮助学生更加直观地理解物体的热学性质和状态变化。
同时，液氮灯泡实验也可以激发学生对科学实验的兴趣，培养他们的动手能力和实验设计能力。
此外，液氮灯泡实验还具有一定的应用价值，例如在研究材料的光学性能、灯泡的设计改进以及冷却设备的研发等方面都会用到这个实验方法。
本文将详细介绍液氮灯泡实验的基本原理和实验步骤，并分析实验的结果。
最后，探讨液氮灯泡实验的意义和应用，希望读者能从中获得有益的启发和启示。
1.2文章结构文章结构是指文章的组织方式和框架。
一个良好的文章结构可以让读者更容易理解和吸收文章的内容。
本文将按照以下的结构进行展开：1. 引言1.1 概述1.2 文章结构1.3 目的2. 正文2.1 液氮灯泡的基本原理2.2 液氮灯泡实验的步骤3. 结论3.1 实验结果分析3.2 实验的意义和应用在引言部分，首先对整个实验进行概述，介绍液氮灯泡实验的背景和重要性。
接着，说明文章的结构，即本文将围绕液氮灯泡实验的基本原理和实验步骤展开讨论，并在结论部分对实验结果进行分析，并探讨实验的意义和应用。
在正文部分，将详细介绍液氮灯泡的基本原理。
包括解释液氮灯泡的工作原理、结构组成和关键技术等内容。
然后，对液氮灯泡实验的步骤进行详细描述，包括实验准备、实验操作步骤、实验参数的控制等。
EUV光源放电电极的液态金属高效冷却方法与装置[发明专利]
![EUV光源放电电极的液态金属高效冷却方法与装置[发明专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/520cdba5e518964bce847cd3.png)
专利名称：EUV光源放电电极的液态金属高效冷却方法与装置专利类型：发明专利
发明人：卢启鹏,宋源,龚学鹏,王依
申请号：CN201510212307.2
申请日：20150429
公开号：CN104934278A
公开日：
20150923
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：EUV光源放电电极的液态金属高效冷却方法与装置，属于高温发热装置冷却领域，为解决现有技术存在的整套水冷装置较大，会对EUV光源造成损害的问题，将EUV光源的放电电极安装在散热基底上，包层管道安装在散热基底内，包层管道采取全封闭模式，包层管道通入液态金属，隔热板将散热基底与电扇隔开；采用电磁泵利用电磁场对液态金属进行循环流动驱动；电扇对液态金属进行强对流散热，将热量排到光源外部，完成整个冷却过程本发明减小冷却系统的体积，减少系统的机械振动，延长放电电极的使用寿命。
申请人：中国科学院长春光学精密机械与物理研究所
地址：130033 吉林省长春市东南湖大路3888号
国籍：CN
代理机构：长春菁华专利商标代理事务所
代理人：陶尊新
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发光LED液冷方案在汽车行业的应用
发光LED液冷方案在汽车行业的应用
随着GaN(氮化镓) 半导体材料技术的发展，高亮度白光LED 在近几年发展迅猛且在许多新的照明应用领域有很大的前景，如在室外照明、工作和装饰用灯以及飞机和汽车照明灯等方面。
此文主要阐述主动液冷措施在汽车前照灯采用LED 灯的应用。
空气冷却和被动液冷方式经尝试后由于不达标被排除，
故主动液冷方式被采用。
此文中对几种主动液冷系统进行了分析以及通过进行优化方面的研究找到了散热管理的最优方案。
1.介绍
相对于白炽灯光源，LED 的封装尺寸小，形式多样以及优异的性能近来广泛应用在汽车外灯上，如白光LED 用于汽车前照灯的应用开始被重视。
尽
管LED 灯以其优良的性能使其在汽车前照灯越来越有发展前景，但使其真正
达到能应用在汽车前照灯的白光LED 水平还处在起步阶段。
目前，应用LED 在汽车前照灯只是在一些概念车上，还没有推广普及到民用汽车领域。
目前LED 灯应用在车辆领域中存在光度不够，高成本等有待解决的问题。
条文规定车辆前灯亮度要求每个灯需达到750lm，而目前高亮LED 等一般平均输出仅40lm/W，故需更多数量的LED 和更高的供电功率使其满足上述标准。
随着对光通量输出要求越来越高，LED 的供电功率也会持续增加。
LED 封装的散热管理在车辆应用方面越来越需要关注，因为其散热的好坏会严重影响LED 的效率，性能及可靠性等方面。
如果二极管结温过高，就会降低LED 效率而且发射波长会发生偏移。
因此LED 工作温度必须在其最大容许工作温度（125℃）以下，才能使其效率最佳发光颜色偏差不大。
所以散热措施采用必须是全方位，全阶段的――从单。
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LED灯的液态金属冷却方法试验研究*马 璐,刘 静**,马坤全,周一欣(中国科学院理化技术研究所,北京100190)摘要:提出LED灯的液体金属散热新方法,并研制出基于电磁泵(EP)驱动的散热系统原型。
实验结果表明:在LED灯的输入功率达到25.7W时,液态金属散热系统可将其基座温度维持在33.1 ,从而确保LED芯片安全运行。
评估了EP输入功率、肋片及风扇对液态金属散热系统散热效果的影响。
关键词:LED灯;液态金属;电磁泵(EP);散热中图分类号:TN312+.8 文献标识码:A 文章编号:1005 0086(2009)09 1150 04Experimental stu dy on liq uid metal cooling for LED lightMA Lu,LIU Jing**,MA Kun quan,ZH OU Yi xin(Technical Institute of Physics and Chemistry,Chinese Academy of Sciences,B eijing100190,China)Ab st ract:A novel liquid metal cooling method for LED light is proposed.A prototype system driven by an electromagne t ic pump is developed.Ac cording to the experiments,when the input powe r of LED light reaches25.7W,the liquid metal cooling system still maintains its base t e mperature at33.1 ,whic h ensure s t he safe running of the LED c hip.The impac t of the input power of the electromagnet ic pump and the surface size of the fin and fan on t he heat dissipation performances of the syst e m is furthe r eval uated.Ke y wor ds:LED light;liquid metal;electromagnetic pump(EP);c ooling1 引 言LED灯是一种冷光源,其机理在于依靠电子在能带间跃迁产生光,光谱中不含红外成分,因而所产生热量不能通过辐射发出。
目前LED灯的发光效率仅能达到10~20%,其80~ 90%的能量转化为热能。
随着LED功率密度的提高,会使得芯片内PN结结温升高,进而对LED芯片的性能产生严重影响,加速器件老化,甚至引起芯片烧毁[1]。
针对LED的热管理,已有大量研究。
Christensen等人[2]用有限元方法分析了系统温度分布,考察了高功率LED封装的热问题,并指出,在自然对流下,为保证LED能够安全工作,其功率不能超过1W;对于高密度高功率LED,必须考虑空气强迫对流、热管等主动散热方案。
Kim等[3]研究了高功率LED芯片粘结点的瞬态温度特性,分析了粘结层的失效性和热阻问题。
Kovac等[4]阐述了基于有机和无机半导体材料制造LED的两个主要方向,并指出,未来的LED将朝着颜色更丰富、亮度更高和功耗更低方向发展。
余彬海[5]分析了PN结温对LED的光通量、波长、色度和寿命的影响。
李炳乾[6]采用金属线路板和板上芯片技术,在金属线路板上直接制作反光杯,以期减小系统热阻。
苏达等人[7]从封装结构和材料对高功率LED芯片的散热进展进行了评述。
吕家东[8]对LED芯片的微流道制冷技术进行了研究指出,其散热效果可以高出Cu散热器的20倍。
马泽涛等[9]通过三维有限元分析法对LED结构进行简化处理,着重分析了器件级内部热阻及LED芯片发光时的温度场分布。
费翔等[10]基于正向电压法原理自行研制了结温测量系统,并指出,结温是影响LED光效的直接因素。
本文首次引入液体金属工质来实现LED灯的高效散热,整个系统采用封闭形式,借助无运动部件的电磁泵驱动液态金属的循环,将热量从LED灯基座带入冷却系统,从而实现有效地散热。
2 液态金属冷却系统原理液态金属芯片散热方法于2002年首次提出[11],其最初主要用于计算机芯片[12]。
Ma等[13]近期研制出基于芯片自身发热量来驱动液态金属循环的器件。
图1显示了液态金属冷却系统工作原理,其中主散热器1的一表面与待冷却LED灯基底相接触,另一表面上则设置有散热肋片。
主散热器内部开有流道。
副散热器2用于将来自主散热器中液体金属工质带来的热量散走,其外表面分布有散热片。
电磁泵(EP)4提供用以驱动液态金属工质循环的动力。
光电子激光第20卷第9期 2009年9月 Journal of Optoelectronics Laser Vo l.20No.9 Sep.2009 *收稿日期:2008 12 11 修订日期:2009 04 24* 基金项目:国家自然科学基金资助项目(50576103)**E m ail:jliu@1.M ain cooler;2.Auxiliary cooler;3.Connecting tub e;4.EP;5,6.Fin;7.Fan;8.LED;light图1 液体金属散热系统实验原理Fig .1 Experim ental principle for liquid m etal based heat dissipation sy stem3 LED 散热实验系统原型系统采用的液态金属系Ga In Sn 合金。
将LED 灯8贴附于由高导热材料Cu 制成的主散热器上,并用导热胶填充LED 灯和主散热器间的缝隙,以减低接触热阻。
微型泵4采用的是小功率EP 。
EP 通电运行后,液态金属在电场力作用下,在流道里循环流动。
LED 灯产生的高热流随即被带走,致使温度急剧下降,而液态金属温度得以提升,升温后的液态金属再经过副散热器2时,在肋片6和风扇7的作用下,与环境发生热交换,之后温度下降,再重新回到泵4中开始新的循环。
图2为基于图1研制出的散热试验系统实物图。
为方便实验,将整个系统侧放。
LED 灯的热流主要通过基座排出,基底温度大小可以反映散热效果,实验采用热电偶直接测量LED 基底的温度。
所用的LED 白光灯由27个LED 点阵组成,其额定功率为30W(10V,3A),通过调节输入电压的大小改变输入功率。
EP 通过控制输入电压来调节流量,实验中,为对比不同流量下的散热效果,输入了两组电压电流,分别是U =0.1V 、I !5.99A 和U =0.3V 、I !10.00A。
1.M ain cooler;2.Auxiliary cooler;3.Conn ecting tube;4.Electromagnetic pu mp;5,6.Fin;7.Fan;8.LED light图2 液体金属散热系统实物Fig.2 Prototy pe of liquid meta l coo ling s ystem4 结果及讨论图3给出的是不同散热方案的试验结果对比,其中EP 的输入参数为U =0.1V 、I =5.99A 。
针对LED 灯则进行了多组输入功率情况测试,相应参数分别为:U =8.7V ,I =1.03A (不采取主动冷却措施);U =8.7V ,I =1.03A (由液态金属散热装置实施主动散热);U =9.0V ,I =1.48A (由液态金属散热装置主动散热);U =9.4V ,I =2.07A (由液态金属散热装置主动散热);U =9.8V ,I =2.62A(由液态金属散热装置主动散热)。
从图3可以很清晰地看出,仅采用自然对流冷却时,LED 灯依靠自身所带的Cu 基底进行散热,其基底温度上升很快,在U =8.7V ,I =1.03A 的输入功率下,在短短的20min 温度即从21.7 升至72.1 ,且几乎呈直线上升趋势(考虑到安全因素,没有继续观察升温持续情况)。
显然,此种情形下,若不采取主动散热措施,温度还会继续上升,直至使LED 灯失效。
与此不同的是,当液态金属冷却系统开始工作时,同样在U =8.7V ,I =1.03A 的输入功率下,LED 灯的基座温度仅从21.7 升至23.43 ,且约在第8min 时开始趋于稳定。
这一比较表明,液态金属散热系统能够有效地降低LED 灯的基座温度,并确保其安全稳定运行。
图3还表明:采用液态金属散热方案,即使LED 灯的输入参数增加至U =9.8V ,I =2.62A 下,其基座温度仍能在20min 之内从21.7 升至33.05 。
这一结果表明,采用液态金属散热方案,LED 灯可以实现在较高电流电压(即高功率)下安全工作。
在较低温度下工作时,LED 灯能够保证其光输出效率和光质量不会受到温度的大幅上升而降低,寿命也因此能得以延长。
图3 液态金属散热系统实施主动散热与非主动散热效果对比F ig.3 Ba se temperature in na tural convection and active cooling by liquid m etal cooling system图4显示了LED 灯和EP 分别在两种不同输入参数下基底温度随时间的变化情况。
其中,LED 灯的输入参数是U =9.0V ,I =1.48A,以及EP 的输入参数分别为U =0.1V ,I =5.99A 和U =0.3V ,I =10.00A 时,LED 灯基座的最终温度分别稳定在26.8 和26.1 ;当LED 灯的输入参数为U =9.4V ,I =2.07A 及EP 的输入参数分别是U =0.1V ,I =5.99A 和U =0.3V ,I =10.00A 时,LED 基座的最终温度分别稳定于29.8 和29.6 。
可以推断,当电磁泵的输入功率变大时,液态金属的流速将变大,流量增大,从而所带走的热流量也相应增加。
图5显示了在液态金属系统中增加肋片和风扇的必要性。
LED 灯和EP 的输入参数分别是U =9.4V 、I =2.07A 和U =0.1V 、I =5.99A 时,风扇不运行时温度会不断上升,30min 时1151 第9期 马 璐等:L ED 灯的液态金属冷却方法试验研究温度升至72 ,且还有上升的趋势;而开启风扇后,基座温度很快稳定于29.8 。
可以看出,通过在液态金属装置中增加肋片和风扇,可以及时地将液态金属从基座吸收的热量迅速地在远端排放到空气中,从而保证增温后的液态金属温度降低,进入下一个循环。