[發明專利]基于遺傳算法的LED散熱器設計方法及系統

有效

• 申請號: 202010146683.7
• 申請日: 2020-03-05
• 公開（公告）號: CN111353231B
• 公開（公告）日: 2023-04-07
• 發明（設計）人: 陳煥庭;周小方;沈雪華;楊育夫;張文杰
• 申請（專利權）人: 閩南師范大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F119/08;G06N3/126
• 代理公司: 北京高沃律師事務所 11569
• 代理人: 楊媛媛

本發明涉及一種基于遺傳算法的LED散熱器設計方法及系統，包括：獲取LED散熱器的熱流條件；根據熱流條件確定LED散熱器的努塞爾系數；獲取LED燈的底面積；根據LED燈的底面積以及熱流條件確定LED散熱器的熱阻函數；獲取LED燈數量以及環境溫度；根據LED散熱器的熱阻函數、LED燈數量以及環境溫度確定LED芯片的結溫函數；根據結溫函數和努塞爾系數構建目標函數；根據目標函數采用遺傳算法對LED散熱器的結構參數進行優化，確定最優結構參數；根據最優結構參數設計LED散熱器。通過本發明上述方法設計的散熱器能使熱流更好的散熱，降低LED芯片的結溫，提高LED燈具的壽命。

技術領域

本發明涉及散熱技術領域，特別是涉及一種基于遺傳算法的LED散熱器設計方法及系統。

背景技術

隨著LED燈具的廣泛應用，LED燈具已成為一種有望替代白熾燈、熒光燈和鹵素燈等傳統光源的新型照明產品。但由于LED屬于熱敏感型器件，若缺乏有效的散熱措施而使熱量積累在內部，將直接導致結溫的迅速上升，不僅能引起熱應力的非均勻分布，加速芯片老化，嚴重縮短器件壽命，還能引起光譜偏移，以及顯著降低出光強度和熒光粉激射效率等工作性能。因此，為保證LED燈具的各項優勢性能，必須提升LED的散熱性能以盡可能地降低LED芯片結溫。

在提升LED散熱性能的措施中，通過采用高導熱性封裝基板、高效熱界面填充材料、蒸汽腔以及熱管等新型技術，均可以顯著提升LED芯片至散熱器的熱傳導能力。但傳導出的熱量最終還是需要通過散熱器的肋片表面與外界空氣間的熱對流形式排散出LED燈體，因此如何設計出符合散熱要求的散熱器，以使經散熱器的熱對流更好的散熱，降低LED芯片結溫，提高LED燈具的壽命是本領域技術人員亟需解決的技術問題。

發明內容

基于此，本發明的目的是提供一種基于遺傳算法的LED散熱器設計方法及系統，設計出符合散熱要求的散熱器，以使經散熱器的熱對流更好的散熱，降低LED芯片的結溫，提高LED燈具的壽命。

為實現上述目的，本發明提供了如下方案：

一種基于遺傳算法的LED散熱器設計方法，所述LED散熱器設計方法包括：

獲取LED散熱器的熱流條件；所述熱流條件包括空氣比熱容、空氣動力粘度、空氣熱導率、空氣密度和空氣流動速度；

根據所述熱流條件確定所述LED散熱器的努塞爾系數；所述努塞爾系數中包含有LED散熱器的結構參數變量；所述結構參數變量包括所述LED散熱器的基板長度、所述LED散熱器的基板寬度、所述LED散熱器的基板厚度、所述LED散熱器的肋片間距、所述LED散熱器的肋片厚度以及所述LED散熱器的肋片高度；

獲取LED燈的底面積；

根據所述LED燈的底面積以及所述熱流條件確定所述LED散熱器的熱阻函數；所述熱阻函數中包含有所述LED散熱器的結構參數變量；

獲取LED燈數量以及環境溫度；

根據所述LED散熱器的熱阻函數、所述LED燈數量以及所述環境溫度確定LED芯片的結溫函數；所述結溫函數中包含有LED散熱器的結構參數變量；

根據所述結溫函數和所述努塞爾系數構建目標函數；

根據所述目標函數采用遺傳算法對所述LED散熱器的結構參數進行優化，確定最優結構參數；

根據所述最優結構參數設計所述LED散熱器。

可選的，所述根據所述熱流條件確定所述LED散熱器的努塞爾系數，具體包括：

根據公式確定普朗特系數；其中，c_p為空氣比熱容，μ為空氣動力粘度，k_air為空氣熱導率，P_r為普朗特系數；