太阳光模拟器是一种能够模拟不同太阳光光谱与光辐照输出的装置,是光伏产业中不可缺少的设备,相对于传统太阳光模拟器的氙灯、卤素灯光源,LED的可控性强、可调范围宽,因而多LED太阳光模拟器在新型模拟器研究中具有极大的潜力。光源是模拟器的核心组成之一,LED光源是一个多参数、强耦合的非线性系统,光电热特性高度相关,随着电流的增大,LED结温急剧升高,会降低光效以及光学性能的稳定性,散热问题成为保证LED光源稳定输出的一大障碍。光电热(PET)数值模型描述了光电热之间的耦合关系,为散热设计的热源条件提供了参考,但模型中存在难以测量和精确估计的结温,且参数多,导致模型计算复杂,因此,本文提出了新的测试和建模方法对LED的热特性进行分析与建模,为散热结构的优化提供了依据,保证稳定的光输出。针对LED光源的散热问题,本文建立了基于PET理论的RBF神经网络模型,利用模型所得的光电热属性作为散热结构设计的边界条件,对鳍翅式热沉和矩形通道进行结构设计与参数优化,增强散热性能。主要研究内容包括以下几个方面:(1)为了分析散热结构与散热性能之间的关系,LED光电热边界条件必不可少,本文以PET数值模型对LED光电热耦合关系进行了分析,在给定热沉的前提下,搭建了控温条件下的LED光电热特性测试平台,建立了热沉温度、驱动电流与光通量输出的RBF神经网络计算模型,结果表明,RBF模型预测值与实测值表现良好的一致性,准确的描述了光电热之间的非线性关系,可以获得不同条件下的光电热属性。(2)利用RBF神经网络模型获得的光电热属性,作为散热设计中热模型的边界条件,本文在多物理场耦合分析的基础上,利用有限元分析方法对自然对流下的鳍翅式热沉进行了仿真计算,并通过RBF神经网络对基板厚度、翅片高度、翅片厚度与热阻之间的关系进行了建模,利用粒子群算法优化结构参数。结果表明,基板厚度为5.25mm,翅片高度为53.27mm以及翅片厚度为4.35mm时,散热效果最好。(3)自然对流的散热效率不高,主动散热成为必需,本文选用风冷的散热方式,以结构紧凑、重量轻且散热表面积比较大的矩形通道为研究对象,对矩形通道的热传输行为进行了分析,获得了通道基板厚度、通道高度、通道数量与热阻之间的关系,并通过此关系对通道结构参数进行了优化。实验结果表明,优化后的矩形通道结构,相比于自然对流下的热沉,散热性能提高了 48.7%。(4)由于传热传质过程中的热积累效应,导致矩形通道与热源接触面的温度分布不均,因此,本文采取了入口面积大、出口面积小的楔形通道散热结构,利用有限元分析和计算流体动力学仿真计算了楔形通道的温度分布,获得出入口面积比与温差之间的关系。实验结果表明,当面积比为2时,温度均匀性的提高效果最明显,相比于矩形通道提高了 32.5%。本文通过光电热的RBF神经网络模型,为热设计提供了边界条件,并对鳍翅式热沉和矩形通道进行了结构设计与参数优化,相比于鳍翅式热沉,矩形通道的散热性能提高了 48.7%,楔形通道的温度均匀性比矩形通道高32.5%,提高了光源系统的散热性能,为光学性能的稳定提供了保障。