热设计相关知识课件.ppt

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1、热设计相关知识制作人：结构部陈哲热设计相关知识大纲1、热学基本概念2、常见的散热方式和相应的理论计算方法3、LED光源热设计的相关信息4、灯具散热设计时的注意事项5、灯具热测试的几个重要条件6、热分析中常用到的软件21、热学基本概念1.1热传导在静态介质中存在温度差时，不论介质是固体还是液体，介质中都会发生传热，此过程为热传导，热传导是因存在温差而发生的能量的转移。T2T1>Q31、热学基本概念1.2对流当一个表面和一种运动的流体处于不同温度时，它们之间发生的传热为对流。1.3热辐射在所有具有温度的变表面上，都在以电磁波的形式在发射能量，此过程称为热辐射41、热学基

2、本概念1.4热流密度热流密度是一个矢量，具有方向性，其大小等于通过该方向的垂直单位面积上单位时间内流过的热量，单位为W/m2。1.5对流换热系数表示单位时间单位换热面积在单位温度差下的换热量，因而可以用来衡量各种对流换热过程换热性能的差异。单位是W/m2.K。以下为对流换热系数对照参考表51、热学基本概念对流换热系数对照表61、热学基本概念1.6热导率（导热系数）热导率是指在稳定传热条件下，1m厚的材料，两侧表面的温差为1度，在1小时内，通过1平方米面积传递的热量，单位为W/m.k;热导率是物体材料所固有的物理性质,与物质的组成、结构、密度、压力和温度等因素有关。7

3、1、热学基本概念1.7热阻热阻表示单位面积、单位厚度的材料阻止热量流动的能力，单位W/℃。对于单一均质材料，材料的热阻与材料的厚度成正比；对于非单一材料，总的趋势是材料的热阻随材料的厚度增加而增大。1.8热阻抗热阻抗定义为导热面积与接触表面间的热阻的乘积，单位为W/℃.m2。82、常见的散热方式和相应的理论计算方法2.1导热（热传导）理论计算方法傅立叶导热定律：A为垂直于热流方向的截面积；λ为材料的导热系数，单位W/(m·K)，它是表征材料导热能力优劣的物性参数。定义热流密度：对傅立叶定律在一维导热条件下积分，可得：由此可得导热热阻计算公式为：92、常见的散热方式和

4、相应的理论计算方法2.2对流换热牛顿冷却公式：其中α为对流换热系数，单位W/(m2·K)，表征了换热表面的平均对流换热能力。A为参与热交换的有效面积，△T为表面温度与流体温度之差。由牛顿公式可得对流换热热阻计算公式为：102、常见的散热方式和相应的理论计算方法2.3热辐射热辐射的波长范围在0.1μm～100μm之间，热辐射主要取决于表面温度。黑体的辐射力（斯忒藩—玻尔兹曼定律）：实际物体的的辐射力：注：上面两个公式中的温度均为绝对温度。黑度ε（发射率）：取决于物体温度、种类和表面状况，与颜色无关。113、LED光源热设计的相关信息3.1LED封装的组成123、LED

5、光源热设计的相关信息133、LED光源热设计的相关信息143、LED光源热设计的相关信息3.2LED光源热学特性LED的结温LED的基本结构是一个半导体的P—N结。实验指出，当电流流过LED元件时，P—N结的温度将上升，严格意义上说，就把P—N结区的温度定义为LED的结温。通常由于元件芯片均具有很小的尺寸，因此我们也可把LED芯片的温度视之为结温。LED的热阻此热阻为LED结点到LED焊点之间热阻值，也是通常在LED规格书中看到的数据；数值一般在3～20W/℃之间。如下图153、LED光源热设计的相关信息从LED接合点到封装底部焊点的热阻RthJS；此热阻由封装设计

6、控制。RthSB+RthBA为焊点和外部环境间的热阻；灯具结构对此热阻有决定性影响。163、LED光源热设计的相关信息3.3LED光源热设计注意事项3.3.1有效降低LED结温A、减少LED本身的热阻；B、良好的灯具散热结构；C、减少LED与灯具散热结构安装介面之间的热阻；D、控制额定输入功率;E、降低环境温度173、LED光源热设计的相关信息3.3.2降低LED热阻的途径A、需用较低的热阻芯片B、最佳化热通道（1）通道结构*长度越短越好；*面积越大越好；*环节越少越好；*消除通道上的热传导瓶颈。（2）通道材料的导热系数越大越好;（3）通道环节间的介面接触热阻紧密可

7、靠。C、强化电通道的导/散热功能D、选用导/散热性能更高的散热材料183、LED光源热设计的相关信息3.3.3LED结温与相对光通量之间的关系Cree®XLamp®XR-ELEDDataSheet193、LED光源热设计的相关信息3.3.2最大正向电流由LED结点与外部环境之间的热阻决定，假设现有LED结点与焊点之间的热阻为8W/℃；其之间有如下对应关系：Cree®XLamp®XR-ELEDDataSheet203、LED光源热设计的相关信息3.3.3LED结温与使用寿命之间的关系LEDThermalStandardization:AHotTopic（Cleme