灯具LED热设计及仿真模拟特制材料

1、1.灯具热设计意义高温对电子产品的影响: 绝缘性能退化 元器件损坏 材料的热老化 低熔点焊缝开裂、焊点脱落热设计对灯具的影响:光源工作状态及寿命灯具电气安全材料选择与寿命2.电子失效的主要原因3.电子产品失效与温升4.热设计理论基础热设计的基本问题耗散的热量决定了温升，因此也决定了任一给定结构的温度；热量以导热、对流及辐射传递出去，每种形式传递的热量与其热阻成反比；热量、热阻和温度是热设计中的重要参数；所有的冷却系统应是最简单又最经济的，并适合于特定的电气和机械、环境条件，同时满足可靠性要求；热设计应与电气设计、结构设计、可靠性设计同时进行，当出现矛盾时，应进行权衡分析，折衷解决;5.热传播方

2、式热传导传导是发生在两种直接接触的介质（固体，液体，气体）传导过程中，能量通过以下方式传递 自由电子运动 点阵振动6.热阻热量在热流路径上遇到的 阻力，反映介质或介质间 的传热能力的大小，表明了1w热量所引起的温升大小，单位为/w或k/w。 用热耗乘以热阻，即可获 得该传热路径上的温升。 可以用一个简单的模拟来 解释热阻的意义，换热量相当于电流，温差相当于电压，则热阻相当于电阻。 dq/dt=t/r or：d q / d t = t / r = 热流t = 温度a = 横截面积k = 热导系数x = 厚度r =x /（k a）= 热阻7.对流对流发生在有温差的表面和运动流体间的传热对流有如下两

3、种方式： 自然对流散热 强制对流散热 external flow 外流 internal flow 内流dq/dt = 小块到空气的全部热量h = 对流换热系数 a = 有效散热面积 tw = 热表面温度tf = 气流的平均温度r = 1 /(ha) 热阻8.热辐射辐射发生在两种没有直接接触的表面能量通过电磁波传递所有物体大于0 k均发生热幅射dq/dt:两个表面幅射交换能量为：where, dq/dt = 热流= stefan-boltzmann 常数= 表面发射率f = 表面1到表面2的视因子a = 辐射面积t1, t2 = 发射面和接受面温度9. led光源特性与传统光源不同，高功率发光

4、二极管（led）不产生热辐射，而由其pn结向led封装上的散热片（thermal slug）进行热传导。由于通过传导方式扩散，led 产生的热量进入空气的通路较长且成本较高。10.散热设计大功率led照明光源需要解决的散热问题涉及 以下几个环节：晶片pn结到外延层；外延层到封装基板；封装基板到外部冷却装置再到空气。为了取得好的导热效果，三个导热环节应采用热导系数高的材料，并尽量提高对流散热。11.散热片12. led散热基板a.一般fr4（pcb）b.金属基pcb c.陶瓷基板 d.直接铜块结合一般fr4，热导系数0.36金属氧化作为绝缘层，热导系数20k/mk陶瓷基板热膨胀系数与chip匹配

5、导热系数>80价格高,无法应用于大面积基板13.散热片散热器通过扩大散热面 积提高传热效果最常用的散热器是翅片散热器最常用的散热器材料为铝或铜现有的散热器种类：stampings冲压extrusions拉伸bonded/fabricated粘接folded折叠casting铸造针对给定的应用选择散热器，我们必须 考虑以下四点：从结点到空气的热阻允许空间可能的空气流量散热器的成本整体的热阻rja = (tj - tamb)/p = rjc + rcs + rsarjc,rcs,rsa分别是 结到壳，壳到散热器，散热 器到空气的热阻热管技术热管是一种具有高效 导热性能的传热器件。它能够在热源

6、与散热片间以较小的温差实现热传递，也可以在散热器基板表面实现 等温以提高散热器的效率。14.热设计的发展趋势v热管技术Øtherma-base heat sinks与型材散热器的比较15.热设计对产品的温度场作出预测，使我们在进行产品设计开发时关注热点区域。进行各种设计方案的优劣分析，得出最佳的设计方案。对设计者经验的依赖度设计周期热设计一次成功率热设计方案 的优化程度效率传统热设计方法完全短低低，裕量大低仿真分析方法强长高高，裕量适中高电子设备热设计软件是基于计算传热学技术（nts）和计算流体力学技术（cfd）发展电子设备散热设计辅助分析软件。目前商业的热设计软件种类繁多，有基于有

7、限体积法的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占据大部分的市场份额。16. ansys软件介绍ansys软件是由美国ansys公司推出的多物理场 有限元仿真分析软件，涉及结构、热、计算流 体力学、声、电磁等学科，能够有效地进行各 种场的线性和非线性计算及多种物理场相互影 响的耦合分析。structure是该软件面向结构 分析研究的专用模块。flortran是该软件面向流场分析研究的专用模块。thermal是其中面 向热设计研究

8、的专用模块。17.flothermal 热分析软件介绍flotherm是英国的flomerics公司开发的电 子设备热设计软件，其最显著的特点是针对电 子设备的组成结构，提供的热设计组件模型， 根据这些组件模型可以快速的建立机柜、插框、 单板、芯片、风扇、散热器等电子设备的各组成部分。flotherm软件基本上可以分为前处理、求解器和后处理三个部分。前处理包括project manager、drawingboard和 flogate。求解器是flosolve模块，它可以完成模型的瞬态和稳态温度场和流场计算。后处理部分包括visulation、flomotion和table，visulation完成仿真计算结果的可视化显示。18.icepak 热分析软件优点icepak是全球cfd的领导者fluent公司通 过集成icem cfd公司的网格划分及后处理技 术而开发成功的针对电子设备冷却分析的专用 热设计软件。icepak 热分析软件优点建模能力： 除了有矩形，圆形模型外，还有多种复杂形状模 型，如椭球体、多面体、管道、斜板等模型； 有thin- conduction 薄板模型 网格技术