LED照明设计中不可或缺的“热解决方案”

图1 LED灯概括图

那么如何有效利用LED安装材质和散热器呢？首先必须把握产生热的传热路径。 

LED元件产生的热通过封装的导线向电路板移动，然后再通过散热器放热。电源电路板产生的热也是如此，通过电路板周围的空气和填充材质，透过散热器向外部散热。 

热解决方案中重要的是排除传热路径中阻碍传热的因素，比如可以考虑在传热路径中使用导热性能好的材质、扩大路径的断面面积（例如，粗的铜线比细的铜线更容易导热）、涂导热润滑剂使产品的连接部位不留空隙。 

另外，即使通过这些提高了导热特性，但如果散热器不向外部散热，内部还是会聚集很多热。因此也必须提高散热器表面的放热特性。典型的方法就是在表面多安装几个散热片，扩大散热器的放热面积。

运用CAE工具，通过仿真验证热解决方案

CAE的运用 

那么怎样验证热解决方法是否有效呢？一种是通过实验测量温度，但是一旦条件改变就要重新测量，效率比较低。因此需要使用CAE软件进行仿真。 图2 运用ANSYS解析软件，在LED灯横向摆放时，对LED灯周围的热和空气的流动进行仿真。（ⅰ）（ⅱ）是整个灯的温度分布图，红色部分代表温度高，蓝色部分代表温度低。（ⅲ）（ⅳ）是灯与LED封装周边（盖子内部）的自然对流图，红色箭头部分表示对流速度快，蓝色部分表示对流速度慢。与实际情况相比，这个例子只是一个非常简单的模型，但从某种程度上却能验证产品的温度分布和空气的自然对流。 从整个灯的温度分布来看，虽说盖子的温度低，其他部位温度高，但是某种程度上还是处于一个均等的温度分布。这表面产生的热量大部分都转移到散热器上，而且传送路径中没有障碍。散热器可以起到一个散热的作用，但是如果散热特性不好，整个灯的温度就会上升，因此必须注意散热器的形状（安装散热片的大小、形状、个数等）。 

 

图2 根据ANSYS进行热流体解析的结果图

仿真中需要解析对象的形状、产品特性、条件等各种信息，但是通过想要确认的信息可以区别简易解析模型和详细解析模型，从而有效把握想要验证的热解决方法的好坏。例如，本例是对整个电灯的简易建模，并不能把握LED封装内部详细的温度分布，但是如果对该部分进行详细的建模，就能够确认元件实际的温度。 

反复实验，通过仿真修改部分信息就可以简单的进行操作，例如容易把握散热器中散热片的形状和个数对温度的影响。作为仿真用软件，可以直接使用CAD信息进行分析，可以在统一环境中对构造、导热、热流体等进行广泛的分析，而且可以进行各种组合分析。在设计中不仅要考虑热的问题，其他因素也必须考虑，组合分析的难易是熟练进行仿真的一个关键点，这些我们在后面进行论述。 

本次仅就热的问题进行了探讨，但也存在即使解决了热的问题，却不能解决光、电的问题的情况。产品重在寿命长、无性能损坏、使用安全，因此我们的课题就是实现整体的最优化设计。下次我们将针对电路和光学设计的问题展开讨论。