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LED案例分析:下照灯热管理的仿真

 

用仿真能精确地预测基于LED的下照灯系统的结温吗?

l 3PHILIPS LUXEON K2型冷光LED

l 1000mA的正向电流

l 总计9.6w的功率耗散

l 要求达到60,000小时使用寿命

l 环境温度为20ºC, 结温极限为124ºC

l 环境温度为40ºC时,最大结温不超过150ºC


使用LED照明有多困难?

使用LED照明是减少建筑运营成本的有效途径,但是与传统的照明解决方案不同,LED有一个100ºC左右的最大结温,而其他照明方案的最大温度约有2000ºC

这意味着,对LED照明来说需要有一个有效的途径把热量传递到周围的空气中,而这至少是热设计方面的挑战,因为一般来说好的散热方法与产品成本是成正比的,增加风扇固然可以极大地改善散热器的性能。但同时也带来了噪音,降低了产品的可靠性,目前的挑战是提供一种性价比高的冷却方案,同时又能满足LED的散热需要。


产品能够做到多小?

在设计LED冷却方案时,冷却装置的尺寸将与成本直接相关,因为散热器越大意味着重量越大,需要购买的材料也越多,当材料成本固定时,对散热器的优化设计可以带来尽可能好的性能。自然对流型的散热器因为不需要考虑风扇的成本,比风扇强制冷却的可靠性更好。那么在尽可能减少整个照明产品的尺寸的同时仿真工具能精确预测LED结温,减少那些过热的点吗?


散热解决方案的选择

ATS(欧洲)运用Future Facilitied公司的6SigmaET仿真软件来模拟灯具的热学性能,同时还采取分析计算和实验测量的方法。用这款软件来评估不同造型的PCB印刷线路板,包括以FR4和金属为核心的PCB,该模型预测,在不使用自然对流散热器的情况下,使用FR4为核心的PCB的温降将会更严重,在对一个优化的金属核心的板进行仿真时,散热器尺寸取决于分析方法,而性能与软件紧密相关,这种散热器最终可以从ATS公司的标准散热器目录中选择,散热器已经针对自然对流环境而优化设计,表面也改造的非常利于散热。

 

结果

6SigmaET能模拟精确预测通过各种配置的下照灯组件的热量传递和因此而造成的温度分布。在下图所示的结构中,6SigmaET的预测温度与实验值相差在4%以内,模拟结果非常令人信服。

参数

单位

分析值

实验结果

6SigmaET结果

环境温度

ºC

20

20

20

散热器基座

ºC

76

71

66

板面

ºC

81

78

74

LED结温

ºC

110

107

103

对比

ºC

2.80%

标准数据

-3.70%


ATS欧洲

ATS(欧洲)给其欧洲伙伴提供领先的热管理解决方案。ATSATS(欧洲)的工程师拥有总计超过100年的热管理的经验、35项专利、70种专业出版物并在国内和国际会议上不断收到进行技术展示的要求。来自全球各地的工程师协力合作以提供新一代产品和自定义的解决方案来满足不断增长的热管理需要和包装的需要。


Future Facilities

Future Facilities是一家全球性的的公司,针对关键设备的热设计、优化、排除故障和管理提供一整套的服务。Future Facilities为数据中心的3D空间、功率和冷却设计、优化及管理提供了一个广受欢迎的6SigmaDC套装。