应用 | ANSYS Icepak-LED灯具散热

2017-03-10 by:CAE仿真在线来源:互联网

LED是一类可直接将电能转化成可见光和辐射能的发光器件,具有工作电压低、能耗小、发光响应时间短等等特性。近年来,LED发展迅速,在结构、性能等方面取得了长足的进步,但是制约LED照明灯具发展的突出瓶颈问题是如何降低大功率LED的热阻、结温等,以提高产品的可靠性和寿命。

目前成熟的LED输入功率一般为1W,其中大约5%-10%的能量转化为光能,其他的则转化为热能,由于芯片面积较小,热流密度可达到100W/CM2,芯片温度的过高,一方面会减少芯片出射的光子,降低发光效率;另一方面,结温过高使得芯片的发射光谱发生移动,色温质量下降,同时LED寿命会大大降低,引起局部器件的热变形。因此如何通过合理的散热设计控制LED灯具的温升是保证LED正常工作急需解决的问题。

理论上计算灯具的散热情况、灯具所处环境的流场等是非常困难的,主要是:传导、辐射和对流换热同时起着作用,而局部区域对流是处于密闭空腔内,边界条件十分复杂;传导计算也需要通过多层导热物质、多层界面,截面积通常不均等,导致热流线分布、温度梯度等很难计算得到;另外,由于LED灯具照明几何非常复杂(不规则),很多变量诸如换热系数、热流矢量图等等参数,通过解析求解,很难得到,因此计算LED灯具内的温度场、流场等是非常困难。

ANSYS Icepak可以按照LED真实的几何结构,建立相应的模型,然后进行计算,得到灯具周围的流场和温度分布,灯具各部件得温度分布云图等等。LED结构工程师可以对LED灯具设计不同的散热方案(散热器),使用Icepak可以模拟仿真得到不同方案的温度分布,可以有效地指导结构工程师进行散热器方案的选择,节约大量的实验成本和人力成本。

ANSYS Icepak工作原理如下: