燈具LED熱設(shè)計及仿真模擬

1、精選文檔1.燈具熱設(shè)計意義高溫對電子產(chǎn)品的影響: 絕緣性能退化 元器件損壞 材料的熱老化 低熔點焊縫開裂、焊點脫落熱設(shè)計對燈具的影響:光源工作狀態(tài)及壽命燈具電氣平安材料選擇與壽命2.電子失效的主要緣由3.電子產(chǎn)品失效與溫升4.熱設(shè)計理論基礎(chǔ)熱設(shè)計的基本問題耗散的熱量打算了溫升，因此也打算了任一給定結(jié)構(gòu)的溫度；熱量以導(dǎo)熱、對流及輻射傳遞出去，每種形式傳遞的熱量與其熱阻成反比；熱量、熱阻和溫度是熱設(shè)計中的重要參數(shù)；全部的冷卻系統(tǒng)應(yīng)是最簡潔又最經(jīng)濟的，并適合于特定的電氣和機械、環(huán)境條件，同時滿足牢靠性要求；熱設(shè)計應(yīng)與電氣設(shè)計、結(jié)構(gòu)設(shè)計、牢靠性設(shè)計同時進行，當(dāng)消滅沖突時，應(yīng)進行權(quán)衡分析，折衷解決;5.

2、熱傳播方式熱傳導(dǎo)傳導(dǎo)是發(fā)生在兩種直接接觸的介質(zhì)（固體，液體，氣體）傳導(dǎo)過程中，能量通過以下方式傳遞 自由電子運動 點陣振動6.熱阻熱量在熱流路徑上遇到的 阻力，反映介質(zhì)或介質(zhì)間 的傳熱力量的大小，表明白1W熱量所引起的溫升大小，單位為/W或K/W。 用熱耗乘以熱阻，即可獲 得該傳熱路徑上的溫升。 可以用一個簡潔的模擬來 解釋熱阻的意義，換熱量相當(dāng)于電流，溫差相當(dāng)于電壓，則熱阻相當(dāng)于電阻。 dq/dt=T/R Or：d q / d t = T / R = 熱流T = 溫度A = 橫截面積k = 熱導(dǎo)系數(shù)X = 厚度R =X /（k A）= 熱阻7.對流對流發(fā)生在有溫差的表面和運動流體間的傳熱對流

3、有如下兩種方式： 自然對流散熱 強制對流散熱 External Flow 外流 Internal Flow 內(nèi)流dq/dt = 小塊到空氣的全部熱量h = 對流換熱系數(shù) A = 有效散熱面積 Tw = 熱表面溫度Tf = 氣流的平均溫度R = 1 /(hA) 熱阻8.熱輻射輻射發(fā)生在兩種沒有直接接觸的表面能量通過電磁波傳遞全部物體大于0 K均發(fā)生熱幅射dq/dt:兩個表面幅射交換能量為：Where, dq/dt = 熱流= Stefan-Boltzmann 常數(shù)= 表面放射率f = 表面1到表面2的視因子A = 輻射面積T1, T2 = 放射面和接受面溫度9. LED光源特性與傳統(tǒng)光源不同，高

4、功率發(fā)光二極管（LED）不產(chǎn)生熱輻射，而由其PN結(jié)向LED封裝上的散熱片（thermal slug）進行熱傳導(dǎo)。由于通過傳導(dǎo)方式集中，LED 產(chǎn)生的熱量進入空氣的通路較長且成本較高。10.散熱設(shè)計大功率LED照明光源需要解決的散熱問題涉及 以下幾個環(huán)節(jié)：晶片PN結(jié)到外延層；外延層到封裝基板；封裝基板到外部冷卻裝置再到空氣。為了取得好的導(dǎo)熱效果，三個導(dǎo)熱環(huán)節(jié)應(yīng)接受熱導(dǎo)系數(shù)高的材料，并盡量提高對流散熱。11.散熱片12. LED散熱基板a.一般FR4（PCB）b.金屬基PCB c.陶瓷基板 d.直接銅塊結(jié)合一般FR4，熱導(dǎo)系數(shù)0.36金屬氧化作為絕緣層，熱導(dǎo)系數(shù)20k/mk陶瓷基板熱膨脹系數(shù)與Ch

5、ip匹配導(dǎo)熱系數(shù)>80價格高,無法應(yīng)用于大面積基板13.散熱片散熱器通過擴大散熱面 積提高傳熱效果最常用的散熱器是翅片散熱器最常用的散熱器材料為鋁或銅現(xiàn)有的散熱器種類：Stampings沖壓Extrusions拉伸Bonded/Fabricated粘接Folded折疊Casting鑄造針對給定的應(yīng)用選擇散熱器，我們必需 考慮以下四點：從結(jié)點到空氣的熱阻允許空間可能的空氣流量散熱器的成本整體的熱阻Rja = (Tj - Tamb)/P = Rjc + Rcs + RsaRjc,Rcs,Rsa分別是 結(jié)到殼，殼到散熱器，散熱 器到空氣的熱阻熱管技術(shù)熱管是一種具有高效 導(dǎo)熱性能的傳熱器件。它能

6、夠在熱源與散熱片間以較小的溫差實現(xiàn)熱傳遞，也可以在散熱器基板表面實現(xiàn) 等溫以提高散熱器的效率。14.熱設(shè)計的進展趨勢v熱管技術(shù)ØTherma-Base heat sinks與型材散熱器的比較15.熱設(shè)計對產(chǎn)品的溫度場作出猜測，使我們在進行產(chǎn)品設(shè)計開發(fā)時關(guān)注熱點區(qū)域。進行各種設(shè)計方案的優(yōu)劣分析，得出最佳的設(shè)計方案。對設(shè)計者經(jīng)驗的依靠度設(shè)計周期熱設(shè)計一次成功率熱設(shè)計方案 的優(yōu)化程度效率傳統(tǒng)熱設(shè)計方法完全短低低，裕量大低仿真分析方法強長高高，裕量適中高電子設(shè)備熱設(shè)計軟件是基于計算傳熱學(xué)技術(shù)（NTS）和計算流體力學(xué)技術(shù)（CFD）進展電子設(shè)備散熱設(shè)計幫助分析軟件。目前商業(yè)的熱設(shè)計軟件種類繁多，

7、有基于有限體積法的Flotherm、I-deas、Ice-pack、TasHarvard thermal、Cool it、Betasoft，及基 于有限元的Ansys等，其中Flotherm、I-deas、 Ice-pack占據(jù)大部分的市場份額。16. ANSYS軟件介紹Ansys軟件是由美國Ansys公司推出的多物理場 有限元仿真分析軟件，涉及結(jié)構(gòu)、熱、計算流 體力學(xué)、聲、電磁等學(xué)科，能夠有效地進行各 種場的線性和非線性計算及多種物理場相互影 響的耦合分析。Structure是該軟件面對結(jié)構(gòu) 分析爭辯的專用模塊。Flortran是該軟件面對流場分析爭辯的專用模塊。Thermal是其中面 向熱

8、設(shè)計爭辯的專用模塊。17.Flothermal 熱分析軟件介紹Flotherm是英國的FLOMERICS公司開發(fā)的電 子設(shè)備熱設(shè)計軟件，其最顯著的特點是針對電 子設(shè)備的組成結(jié)構(gòu)，供應(yīng)的熱設(shè)計組件模型， 依據(jù)這些組件模型可以快速的建立機柜、插框、 單板、芯片、風(fēng)扇、散熱器等電子設(shè)備的各組成部分。Flotherm軟件基本上可以分為前處理、求解器和后處理三個部分。前處理包括Project Manager、DrawingBoard和 Flogate。求解器是Flosolve模塊，它可以完成模型的瞬態(tài)和穩(wěn)態(tài)溫度場和流場計算。后處理部分包括Visulation、Flomotion和Table，Visulation完成仿真計算結(jié)果的可視化顯示。18.ICEPAK 熱分析軟件優(yōu)點ICEPAK是全球CFD的領(lǐng)導(dǎo)者FLUENT公司通 過集成ICEM CFD公司的網(wǎng)格劃分及后處理技 術(shù)而開發(fā)成功的針對電子設(shè)備冷卻分析的專用 熱設(shè)計軟件。ICEPAK 熱分析軟件優(yōu)點建模力量： 除了有矩形，圓形模型外，還有多種簡單外形模 型，如橢球體、多面體、管道、斜板等模型； 有thin- conduction 薄板模型