[發明專利]大功率LED散熱器的優化與設計

在審

• 申請號: 201310573266.0
• 申請日: 2013-11-12
• 公開（公告）號: CN103544364A
• 公開（公告）日: 2014-01-29
• 發明（設計）人: 李勁松;楊慶新;牛萍娟;張建新
• 申請（專利權）人: 天津工業大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50;G06N3/12
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明的技術方案涉及遺傳算法理論結合散熱器的換熱及阻力性能與結構參數的關系研究對大功率LED散熱器進行優化與設計，具體地說是通過仿真計算來獲得影響LED散熱結構的最優化組合，其組合結果用于對散熱器的優化與設計。

背景技術

LED因其節能環保等諸多優點被認為是最有可能替代白熾燈的第四代綠色照明光源，具有廣闊的應用前景。但LED在工作過程中會產生熱量，如果不迅速耗散而積聚起來會導致LED溫度過高，將嚴重影響LED的工作性能。CN201819168U公開了通過在大功率LED散熱器的散熱均衡板上安裝導熱基板，使散熱翅片寬出散熱均衡板的部分與散熱均衡板兩側面并構成氣流空間，且在位于LED散熱器下方的燈具外殼開設有氣流進氣口等方面進行了實用新型改進。CN102767809A披露了一種在每片翅片上同軸固接一個發散式振蕩流熱管，并與充填低沸點導熱介質或導熱油的導熱腔的聯合運行，將LED產生的熱量及時釋放，為一種高效、輕便、美觀的新型的大功率LED散熱器。上述對大功率LED散熱器的優化與設計，都是通過外接其他介質或者導熱裝置等方法來提高散熱量，其缺點主要有二：首先，增加了工業成本，增加了LED裝置自身的體積且操作較為麻煩；其次，在外加機械載荷的作用下，易對散熱器本身帶來額外的附加損傷，使散熱裝置工作可靠性降低。

因此，基于快速、高效散熱的目的，通過算法研究，對大功率LED散熱器進行優化設計成為一個重要的研究課題，具有重要的理論意義與實際應用價值。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是：在不增加工業成本及LED裝置自身體積的前提下，通過簡單操作對大功率LED散熱器進行優化與設計，提高散熱裝置的工作可靠性，并適于實際的工業應用。

本發明解決該技術問題所采用的技術方案是：大功率LED散熱器的優化與設計，涉及遺傳算法理論結合散熱器的換熱及阻力性能與結構參數的關系研究，其步驟是：選取常用的平直肋片散熱器的底板長度、厚度以及肋片間距、高度和厚度作為優化變量，將散熱器的外形尺寸與肋片的參數作為優化目標，并在遺傳優化算法的執行步驟與流程設計的基礎上，開發了采用MATLAB編程的優化程序并進行仿真計算，得到LED散熱結構的最優化組合，其組合結果用于對散熱器的優化與設計。

上述大功率LED散熱器的優化與設計，所述的變量優化是考慮到散熱肋片的類型和尺寸是影響散熱器性能的主要因素之一，且國內外散熱器肋片的結構類型和尺寸已經形成系列，故選擇典型的平直肋片，選取散熱器的底板長度、厚度以及肋片間距、高度和厚度作為優化變量，將底板的寬度和肋片的數目設為固定值。

上述大功率LED散熱器的優化與設計，所述的對變量進行約束的條件由結構限制和性能指標共同構成，即：

xmax>xi>xminΔPimax>ΔPiηf>ηmin]]>

式中，x_i為優化變量；x_max、x_min分別為優化變量的最大值和最小值，由散熱器的外形尺寸與肋片參數等決定；ΔP_i為冷、熱側的流體壓降；ΔP_imax為冷、熱側的流體壓降的上限；η_f為肋片效率；η_min為肋片效率允許的最小值。