Herramienta de análisis térmico
El software de análisis térmico puede simular de manera realista el estado térmico del sistema y puede simularse térmicamente durante la fase de diseño del producto para determinar la temperatura más alta en el modelo. Si se excede la temperatura permitida, las medidas de disipación de calor deben mejorarse para cumplir con los requisitos de uso. Esto reduce el costo de diseño, rediseño y reproducción, y aumenta la tasa de éxito del producto.
En la actualidad, existen muchos tipos de software de análisis térmico, como ANSYS, FLUENT, EFD, ICEPAK y FloTherm.
1) Desde el punto de vista operativo, EFD está integrado en el software PRO / E, SW, CATIA. El modelo de software es fácil de configurar y simple de configurar. Es útil para cálculos aproximados en ingeniería, pero el software ocupa más recursos del sistema. No debe dividirse demasiado y la precisión del cálculo no es alta.
2) En términos de aplicabilidad, ICEPAK está integrado en ANSYS WB12.1, que puede manejar superficies complejas generales. La función de importación de modelos se ha mejorado considerablemente, y la operación del software es simple. Al igual que EFD, no es necesario calcular manualmente el estado del flujo. El manejo de mallas complejas es rápido.
3) De acuerdo con la tradición del enfriamiento electrónico, FloTherm es más ancho que ICSPAK y ha ocupado durante mucho tiempo el mercado de análisis térmico electrónico, pero es difícil procesar superficies curvas. El modelado es un tema clave para los diseñadores de luminarias LED.
4) Hablando profesionalmente, ANSYS y FLUENT son el software preferido para académicos y ensayos, y enfatizan cálculos precisos desde la teoría. El software ANSYS se basa en el método de elementos finitos, y el resultado del cálculo tiene una alta precisión. Es adecuado para aquellos con una base teórica más alta y puede realizar fácilmente la programación manual y el diseño de optimización.
En base a la comparación anterior, el software ANSYS se utilizó para el análisis térmico.
Análisis térmico de una lámpara LED de alta potencia.
En este documento, se utiliza una lámpara LED de alta potencia como modelo para la investigación. El análisis de simulación térmica de la luminaria se lleva a cabo utilizando el software ANSYS. Los pasos del análisis son: establecer un modelo simplificado, establecer condiciones de contorno, dividir la cuadrícula y calcular.
Modelo físico de la luminaria
Se seleccionó como modelo de investigación una luz de túnel LED de alta potencia desarrollada por una determinada empresa de LED en Zhejiang. La lámpara consta de cuentas de lámparas LED, cubiertas de lámparas, almohadillas de cuero, espejos, placas de circuitos, disipadores de calor y fuentes de alimentación.
Entre ellos, el cordón de la lámpara se muestra en la Figura 2, que pertenece a la estructura integrada del paquete. Cada cuenta de la lámpara está empaquetada con chips de luz azul de 9 GaN, tres cadenas están conectadas en serie y la superficie del chip está recubierta con fósforo para compensar la luz. El chip se encapsula con resina epoxi y se fija en el disipador de calor de cobre con pegamento de plata. Instale la lente y conecte el electrodo con un cable dorado. El disipador de calor y la placa de circuito están conectados por el gel de sílice termoconductor, y la placa de circuito y el disipador de calor están fijados por tornillos en los cuatro lados del disipador de calor. Para reducir la resistencia térmica de contacto, la capa intermedia de la placa de circuito y el disipador de calor también están recubiertos con gel de sílice termoconductor.
Modelo de red térmica de luminarias
Hay tres formas principales de analizar la disipación de calor de la lámpara LED por la estructura de la lámpara:
1) chip - capa de fósforo - resina epoxi - lente - ambiente;
2) chip - alambre de oro - soporte - placa de circuito - gel de sílice térmico - disipador de calor - ambiente;
3) Chip - pegamento de plata - disipador de calor de cobre - gel de sílice térmico - placa de circuito - gel de sílice térmica - disipador de calor - ambiente.
Dado que la conductividad térmica de la resina epoxi para la encapsulación es de solo 0.2 W / (m · k), el tratamiento térmico se realiza aquí. Además, el área del alambre de oro es muy pequeña y el efecto de transferencia de calor es mínimo. Por lo tanto, la ruta principal de disipación de calor es la tercera, es decir, el calor emitido por el chip es conducido por el disipador de calor, el gel de sílice conductor térmico, la placa de circuito, el gel de sílice conductor térmico al disipador de calor, y luego el disipador de calor. Ingrese al aire de manera convectiva.
Este estudio primero simplifica el modelo basado en los principales métodos de disipación de calor del análisis anterior: simplificando la lente de la lámpara LED en un paralelepípedo rectangular para reducir la cantidad de cálculo; simplificando la pasta de plata entre el chip y el disipador de calor en una placa delgada de 0.1 mm; cuentas de lámpara y disipación de calor La sílice térmica entre las láminas se simplifica a una placa delgada de 0,3 mm.
Análisis térmico de lámparas.
Luego determine las condiciones de contorno de acuerdo con la situación de aplicación de la luminaria y las condiciones de trabajo reales de la siguiente manera:
1) Cada chip tiene una potencia de 1,5 W y una eficiencia luminosa del 20%, por lo que la potencia de calentamiento por chip es de 1,2 W, es decir, el calor total de cada fuente se define como 1,2 W.
2) La luminaria es una luz de túnel, y la temperatura máxima no supera los 100 ° C, por lo que no se considera la radiación solar.
3) En el proceso de uso real, la luminaria se instala directamente en el aire exterior, que pertenece a la convección natural. Por lo tanto, las seis caras del recinto se definen como apertura, y se supone que la temperatura ambiente es de 25 ° C.
La temperatura máxima de la luminaria se concentra en el chip, y la temperatura máxima es tan alta como 76.23 ° C. Considerando un cierto error, es muy probable que exceda la temperatura máxima permitida de la unión de 80 ° C. Se puede ver que la disipación de calor actual de la luminaria LED es relativamente pobre, y es necesario llevar a cabo el sistema de enfriamiento actual. mejorar. La razón principal para analizar la alta temperatura de la lámpara es que el grosor de la placa de circuito es grande y la conductividad térmica es pobre, y la capa de disipación de calor es demasiado, lo que provoca un cuello de botella de conducción de calor y el calor no es bueno. transmitido