Strumento di analisi termica
Il software di analisi termica può simulare realisticamente lo stato termico del sistema e può essere simulato termicamente durante la fase di progettazione del prodotto per determinare la temperatura più elevata nel modello. Se viene superata la temperatura consentita, le misure di dissipazione del calore devono essere migliorate per soddisfare i requisiti per l'uso. Ciò riduce i costi di progettazione, riprogettazione e riproduzione e aumenta il tasso di successo del prodotto.
Al momento, esistono molti tipi di software di analisi termica, come ANSYS, FLUENT, EFD, ICEPAK e FloTherm.
1) Dal punto di vista operativo, EFD è integrato nel software PRO / E, SW, CATIA. Il modello software è facile da configurare e semplice da configurare. È utile per calcoli approssimativi in ingegneria, ma il software occupa più risorse di sistema. Non dovrebbe essere diviso troppo e la precisione del calcolo non è elevata.
2) In termini di applicabilità, ICEPAK è incorporato in ANSYS WB12.1, che può gestire superfici complesse generali. La funzione di importazione del modello è stata notevolmente migliorata e il funzionamento del software è semplice. Come EFD, non è necessario calcolare manualmente lo stato del flusso. La gestione di maglie complesse è rapida.
3) Dalla tradizione del raffreddamento elettronico, FloTherm è più ampio di ICSPAK e ha da tempo occupato il mercato dell'analisi elettronica termica, ma è difficile elaborare superfici curve. La modellazione è una questione chiave per i progettisti di apparecchi a LED.
4) Professionalmente parlando, ANSYS e FLUENT sono i software preferiti per accademici e saggi e sottolineano calcoli accurati dalla teoria. Il software ANSYS si basa sul metodo degli elementi finiti e il risultato del calcolo ha un'alta precisione. È adatto a coloro con basi teoriche più elevate e può facilmente realizzare la programmazione manuale e la progettazione di ottimizzazione.
Sulla base del confronto di cui sopra, il software ANSYS è stato utilizzato per l'analisi termica.
Analisi termica di una lampada a LED ad alta potenza
In questo documento, una lampada a LED ad alta potenza viene utilizzata come modello per la ricerca. L'analisi di simulazione termica dell'apparecchio d'illuminazione viene effettuata utilizzando il software ANSYS. I passaggi dell'analisi sono: definizione di un modello semplificato, impostazione delle condizioni al contorno, divisione della griglia e calcolo.
Modello fisico dell'apparecchio
Come modello di ricerca è stata selezionata una luce a tunnel a LED ad alta potenza sviluppata da una certa società di LED nello Zhejiang. La lampada è composta da perline a LED, coprilampada, cuscinetti in pelle, specchi, circuiti stampati, dissipatori di calore e alimentatori.
Tra questi, il cordone della lampada è mostrato nella Figura 2, che appartiene alla struttura del pacchetto integrato. Ogni cordone della lampada è confezionato con 9 chip GaN a luce blu, tre stringhe sono collegate in serie e la superficie del chip è rivestita con fosforo per la compensazione della luce. Il chip è incapsulato con resina epossidica e fissato sul dissipatore di calore in rame con colla d'argento. Installare l'obiettivo e collegare l'elettrodo con un filo d'oro. Il dissipatore di calore e il circuito stampato sono collegati dal gel di silice conduttivo termico, e il circuito stampato e il dissipatore di calore sono fissati da viti sui quattro lati del dissipatore di calore. Per ridurre la resistenza termica di contatto, anche lo strato intermedio del circuito stampato e il dissipatore di calore sono rivestiti con gel di silice termoconduttivo.
Modello di rete termica dell'apparecchio
Esistono tre modi principali per analizzare la dissipazione del calore della lampada a LED in base alla struttura della lampada:
1) chip - strato di fosforo - resina epossidica - lente - ambiente;
2) chip - filo d'oro - staffa - scheda - gel di silice termico - dissipatore di calore - ambiente;
3) Chip - colla d'argento - dissipatore di calore in rame - gel di silice termico - circuito stampato - gel di silice termico - dissipatore di calore - ambiente.
Poiché la conducibilità termica della resina epossidica per l'incapsulamento è di soli 0,2 W / (m · k), qui viene eseguito il trattamento termico. Inoltre, l'area del filo d'oro è molto piccola e l'effetto del trasferimento di calore è minimo. Pertanto, il principale percorso di dissipazione del calore è il terzo, ovvero il calore emesso dal chip è condotto dal dissipatore di calore, dal gel di silice termoconduttiva, dal circuito, dal gel di silice termoconduttiva al dissipatore di calore, quindi dal radiatore. Entra nell'aria in modo convettivo.
Questo studio semplifica innanzitutto il modello basato sui principali metodi di dissipazione del calore dell'analisi di cui sopra: semplificando la lente della lampada a LED in un parallelepipedo rettangolare per ridurre la quantità di calcolo; semplificando la pasta d'argento tra il chip e il dissipatore di calore in una lastra sottile di 0,1 mm; perle di lampada e dissipazione del calore La silice termica tra i fogli è semplificata in una lastra sottile da 0,3 mm.
Analisi termica delle lampade
Quindi determinare le condizioni al contorno in base alla situazione di applicazione dell'apparecchio e le condizioni di lavoro effettive come segue:
1) Ogni chip ha una potenza di 1,5 W e un'efficienza luminosa del 20%, quindi la potenza di riscaldamento per chip è 1,2 W, ovvero il calore totale di ciascuna sorgente è definito come 1,2 W.
2) L'apparecchio è una luce a tunnel e la temperatura massima non supera i 100 ° C, quindi la radiazione solare non viene considerata.
3) Nel processo di utilizzo effettivo, l'apparecchio viene installato direttamente nell'aria esterna, che appartiene alla convezione naturale. Pertanto, le sei facce dell'involucro sono definite come apertura e si presume che la temperatura ambiente sia di 25 ° C.
La temperatura massima dell'apparecchio d'illuminazione è concentrata sul chip e la temperatura massima è di 76,23 ° C. Considerando un certo errore, è molto probabile che superi la temperatura di giunzione massima consentita di 80 ° C. Si può vedere che l'attuale dissipazione del calore dell'apparecchio a LED è relativamente scarsa ed è necessario eseguire l'attuale sistema di raffreddamento. Ottimizzare. Il motivo principale per l'analisi dell'alta temperatura della lampada è che lo spessore del circuito stampato è grande e la conducibilità termica è scarsa, e lo strato di dissipazione del calore è troppo, il che provoca un collo di bottiglia di conduzione del calore e il calore non è buono trasmesso.