Novel Vapor Chamber Heat Spreader for Thermal Management of High Power Light Emitting Diodes

来源 :华北电力大学(北京) 华北电力大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:angelleosy
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在节能照明领域中,人们普遍认为大功率发光二极管(HPLEDs)是一种能够替代传统白炽灯与荧光灯的最佳选择。出于其更高的发光效率、更长的使用寿命、更稳定的使用性和更优良的光源,HPLED在全球能源消费中发挥了重要的作用。因此为了保证HPLED的运行效率和稳定性,使用良好散热性能的平板热管得到大家的广泛认可。VaporChamber(VC)是一种结构紧凑、导热性能好、温度分布稳定的特殊平板热管。因此,本文设计并制造了两种VC,分别命名为Ⅰ型和Ⅱ型。以水、丙酮和乙醇作为实验工质,铜作为加热装置和加工原料,分别对两种VC进行了热力学性能测试。   基于Cotter理论,我们分析了高性能新设计热管的基本公式和传热极限的影响因素。由于泡沫金属铜作为毛细芯有着很高的孔隙率,因而减轻了整体重量,并降低了在VC中两相流动的阻力。我们在实验中对工质、充液比和角度对VC性能的影响进行了研究,加热时通过铜块模拟高密度大功率LED。在Ⅰ型热管的三种工质传热实验研究中,水的效果最好,VC的热阻随着热负荷的增加而减小。水平放置,充液比为30%,最高的加热功率可达170W,相当于216W/cm2的热流密度,最小热阻为0.09K/W.Ⅱ型VC是我们新发明的一种并联分支型VC。无论何种工质,在定额输入热量时,冷凝端温度分布趋于一致,表现出较了优异的均温特性。对于4种不同的充液比,当热负荷增加时,VC的热阻也是降低的。充液比较大时,加热量越大VC散热效果越好,而加热量越小则角度的影响权重逐渐增大。充液比较小时,放置角度对VC热性能的影响可以忽略。总而言之,热负荷增加时,放置角度与VC性能相对独立。泡沫金属铜芯插入支路后对VC的传热性能有很大的影响。加热功率为160W时,充液比30%热阻为0.06℃/W,40%为0.07℃/W,20%为0.1℃/W,15%为0.07℃/W。我们新型的VC易于装配,成本低廉,原料易得,与文献相比其散热结果更好。
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