散热计算模型.doc

Forpersonaluseonlyinstudyandresearch;mercialuse散热计算模型对灯具的热传导计算方法进行了讨论,提出对于灯具的散热计算方法使用等效电路的热阻法计算,可以直接算出灯具内温度关注点与环境温度的温差。有利于判断导热结构是否可行。文中还用一个LED灯具散热计算实例说明了这种计算过程。 Luxeon大功率LED在散热性能方面大大地优于普通的小功率LED,电通道和热通道分离开,它的LED芯片都连接在一个金属的嵌片上,散热性能得到很大的改善。但是,大功率LED用于特种灯具,或用于恶劣环境使用的灯具,这些灯具的外壳防护等级一般都在IP65以上,如果外壳为非金属(如塑胶)材料,尽管LED连接上了铝基板(MCPCB),但铝基板上的热量如果不能被有效地传导至外壳表面,则聚集的热量会使铝基板的温度急剧上升,导致温度过高,增加了LED失效的可能性,造成LED光衰加剧,寿命缩短。理论上计算灯具散热的情况,灯具的导热理论有许多困难,主要的困难是传导和对流同时对热传导起着作用,而对流是在密闭空腔内的对流,边界条件十分复杂;传导也是要通过多层导热物质、多层界面,截面积通常又是不等的,导致热流线分布的情况很难在计算之前就能通过分析得到。由于灯具是在开启后逐渐升温,最后达到热稳定状态,也就是说,热稳定状态时各点的温度最高,所以灯具的散热计算一般只考虑稳态的情况,瞬态的温度分布情况并不重要。对于稳态含热源在各向同性的单一介质中的导热服从Poisson方程[1]: 式中为介质的导热系数,q''''''为热源的发热功率。由于灯具的结构是多种介质,所以在实际计算中,必须对每一种介质逐一求解上式,计算灯具内的温度场分布是十分困难,而且是没有必要的。实际上,我们所关心的是某些部位的温度是否在可以容忍的温度范围之内,只要计算出这些部位在达到热稳定时的温度即可。本文对效等电路的热阻算法进行了探讨,热阻算法的好处是无需知道确切的环境温度,也不必求解灯具内的温度场,直接计算灯具内关注点的温升,困难是热流线的分布必须通过分析而不是计算得到,而这一过程往往又是很复杂的。下面以一个实例的计算来说明等效电路的热阻算法。灯具要求的基本结构如下图,LED处于密闭的塑胶外壳内,右侧的绝热层较厚,比较起其他部分导热,其导热基本可以忽略不计,热量主要通过支撑架、塑胶外壳、橡胶外套,然后通过外部空气对流散到空气中。 : (1)铝基板视为一个等温热源; (2)支撑板与与铝基板之间有一个附加导热层; (3)由于塑胶的热导率比空气的热导率高得多,所以,空气的导热可以忽略不计; (4)支撑板与塑胶外壳之间有一层附加导热层(5)塑胶外壳与橡胶外皮之间为紧密接触(6)铝基板与外壳之间的对流导热可以忽略不计[2] 所以总热阻: R=R1+R2+R3+R4+R5+R6 其中 R1为支撑板与铝基板之间的附加导热层的热阻; R2为支撑板的热阻; R3为散热板与塑胶外壳之间的附加导热层的热阻; R4塑胶外壳的热阻; R5为橡胶外皮的热阻; R6为橡胶外皮处于空气中对流换热的热阻[1]。 : 上述各式中, ki(i=1,2,3,4,5)为各介质的导热系数; Ai(i=1,2,3,4,5)为各介质的导热等效截面积; di(i=1,2,3,4,5)为各介质的导热长度;