灯具LED热设计及仿真模拟--复旦ppt.pdf

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1、热设计l灯具热设计意义l热设计理论基础l传统灯具热设计lLED灯具热设计l热设计仿真模拟2热设计l灯具热设计意义l热设计理论基础lLED灯具热设计l热设计仿真模拟3灯具热设计意义l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l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4电子失效的主要原因TemperatureVibrationHumidityDust5电子产品失效与温升1020020390IncreaseinFailureRatewithT

2、emperature30730401310(fromabasetemperatureof50C)5022806038602500200015001000500IncreaseinFailure,%01020304050TemperatureRise,C6热设计l灯具热设计意义l热设计理论基础l传统灯具热设计lLED灯具热设计l热设计仿真模拟7热设计理论基础l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

3、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8热传播方式l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l自由电子运动l点阵振动9l热阻–热量在热流路径上遇到的dq/dt=∆T/R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

4、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。10热传导A,T1A,T2dq/dt=-k.A.DT/DXor,dq/dt=DT/Rdq/dt=热流T=温度A=横截面积DXk=热导系数∆X＝厚度11R=∆X/(kA)=热阻12热传导T1T2AAdq/dt=(T-T)/Rkkk21123R=R+R+R123R=L/(A.k)111R=L/(A.k)222R=L/(A.k)333LLL12313热传导TT12Ak31Akdq/dt=(T-T)/R2

5、2211/R=1/R+1/R+1/RAk12313R=L/(A.k)111LR=L/(A.k)222R=L/(A.k)33314热传播方式l对流–对流发生在有温差的表面和运动流体间的传热–对流有如下两种方式：l自然对流散热l强制对流散热15ConvectionExternalFlow外流InternalFlow内流16对流Flow(atTemperature=T)fA,h,Twdq/dt=h.A.(T-T)=DT/Rwfdq/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

6、流的平均温度17R=1/(hA)热阻HeatTransferThermalResistance,2Coeff.,h,(W/m-C)R(C/W)NaturalConvectionAir2-255000-400Oils20-200500-50Fluorinerts25-250400-40Water100-1000100-10ForcedConvectionAir20-200500-50Oils200-200050-5Fluorinets250-250040-4Water1000-1000010-118热传播方式

7、l热辐射–幅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0K均发生热幅射19热辐射dq/dt:两个表面幅射交换能量为：dq/dt=sefA(T4-T4)12Where,dq/dt=热流s=Stefan-Boltzmann常数e=表面发射率f=表面1到表面2的视因子A=辐射面积T,T=发射面和接受面温度1220热辐射SurfaceTypeFinishEmissivity(at80F)PaintBlack(flatlacquer)0.96-0.98PaintGrey0.84-0.91Pain

8、tWhite0.80-0.95PaintWhiteepoxy0.91-0.95PaintAluminumsilicone0.02MetalNickel0.21MetalAluminum0.14MetalSilver0.10MetalGold0.04-0.2321热设计l灯具热设计意义l热设计理论基础lLED灯具热设计l热设计仿真模拟22LED光源特性l与传统光源不同，高功率发光二极管（LED）不产生热辐射，而由其