LED照明产品热仿真技术
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上传人：未知 上传时间： 2011-05-17 浏览次数： 532 |
图8可以看出：散热器基体3.0mm时，LED基座温度最低。
综上，散热器翅片数量取20，基体厚度取3.0mm，散热器的质量较轻，效果较好。
另外，散热器自身的温升代表了散热器温度均匀性，即散热器自身的热阻或者效率。该值越小，散热器的热阻越小、效率越高。该值可以作为散热器设计的重要参考标准之一，另外散热器表面的对流传热系数、辐射换热系数等值也是散热器设计的参考标准。
3、环境温度对LED照明产品散热的影响分析
由于LED照明产品大多采用自然对流冷却方式。相对于强制对流冷却方式，自然对流冷却的电子产品其辐射换热量所占比例较大。由于辐射换热量与热源及冷源头绝对温度4次方的差值成正比，所以环境温度对热辐射影响较大。本例将利用热仿真方法分析环境温度对自然对流冷却的LED照明产品散热的影响，同时该案例还可以清晰地表明热仿真方法可以分别考虑对流及辐射传热的重要优势。
(1)热仿真模型
本案例热仿真模型??LED射灯热仿真模型2，与前面LED射灯热仿真模型1基本相同，不同的只是模型2在模型1的基础上增加了上、下端盖(如图9所示)。模型2中上、下端盖材料为塑料，导热系数设为0.2W/m-K。
图9 LED射灯热仿真模型2
(2)热仿真结果分析
改变LED射灯热仿真模型2中的材料发射率，进行热仿真，结果如表3所示。
表3 热仿真结果：环境温度对LED照明产品散热的影响
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散热器 |
材料的 发射率 |
环境温度 (℃) |
25.0 |
35.0 |
45.0 |
55.0 |
|
|
1 |
1 |
0 |
产品外表面对流传热量，W |
4.25 |
4.25 |
4.25 |
4.24 |
|
产品外表面辐射换热量，W |
0 |
0 |
0 |
0 |
|||
|
热源温度，℃ |
55.2 |
65.9 |
76.6 |
87.3 |
|||
|
热源与环境的温差，℃ |
30.2 |
30.9 |
31.6 |
32.3 |
|||
|
2 |
1 |
0.2 |
产品外表面对流传热量，W |
3.60 |
3.52 |
3.45 |
3.37 |
|
产品外表面辐射换热量，W |
0.64 |
0.72 |
0.79 |
0.88 |
|||
|
热源温度，℃ |
51.8 |
62.1 |
72.3 |
82.5 |
|||
|
热源与环境的温差，℃ |
26.8 |
27.1 |
27.3 |
27.5 |
|||
|
3 |
1 |
0.6 |
产品外表面对流传热量，W |
3.25 |
2.93 |
2.82 |
2.69 |
|
产品外表面辐射换热量，W |
1.20 |
1.32 |
1.43 |
1.55 |
|||
|
热源温度，℃ |
48.9 |
58.8 |
68.7 |
78.6 |
|||
|
热源与环境的温差，℃ |
23.9 |
23.8 |
23.7 |
23.6 |
|||
|
4 |
1 |
1.0 |
产品外表面对流传热量，W |
2.73 |
2.60 |
2.48 |
2.34 |
|
产品外表面辐射换热量，W |
1.52 |
1.64 |
1.78 |
1.91 |
|||
|
热源温度，℃ |
47.2 |
57.0 |
66.7 |
76.4 |
|||
|
热源与环境的温差，℃ |
22.2 |
22.0 |
21.7 |
21.4 |
表3热仿真结果可以得到以下结论：
(1)对于Case1 ，材料表面发射率为0，即不考虑热辐射。此时，随着环境温度的升高，热源(即LED热源模块)与环境间的温差有所增大。原因是由于随着环境温度的升高，空气的属性会有一定的变化，会引起对流传热的表面传热系数的降低。
(2)随着环境温度的升高，照明产品外表面辐射换热量逐渐增大，辐射换热有所强化，辐射换热量占热源总热量的比例逐渐增大(图10)。原因是辐射换热量与热源及冷源(即环境)绝对温度4次方的差值成正比。所以，当环境温度升高时，热源温度的升高相对较少，结果是热源与环境的温差有所减小。
图10 辐射换热量占热源总热量的比例
(3)环境温度升高时，对流传热减弱会引起热源与环境的温差稍微有所增大;但是另一方面辐射换热的增强会引起热源与环境的温差减小。热仿真结果表明在辐射换热量所占比例小于35%的情况下，热源与环境之间的温差的变化可以忽略不计。
四、结论
热仿真技术由于其快速、便捷等特有的优势在电子产品散热设计中发挥着越来越重要的作用。熟练掌握热仿真的基本原理和方法对于电子产品及LED照明产品的散热设计是十分必要的。
参考文献
[1]杨世铭陶文铨 传热学 北京：高等教育出版社 2006年8月 第四版 印次：7
[2]何国安 LED照明产品散热方面的几个问题 [J]照明 2010 Vol.69 No.6 P：32-34
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