圖1 LED燈概括圖

那么如何有效利用LED安裝材質(zhì)和散熱器呢？首先必須把握產(chǎn)生熱的傳熱路徑。 

LED元件產(chǎn)生的熱通過封裝的導(dǎo)線向電路板移動(dòng)，然后再通過散熱器放熱。電源電路板產(chǎn)生的熱也是如此，通過電路板周圍的空氣和填充材質(zhì)，透過散熱器向外部散熱。 

熱解決方案中重要的是排除傳熱路徑中阻礙傳熱的因素，比如可以考慮在傳熱路徑中使用導(dǎo)熱性能好的材質(zhì)、擴(kuò)大路徑的斷面面積（例如，粗的銅線比細(xì)的銅線更容易導(dǎo)熱）、涂導(dǎo)熱潤滑劑使產(chǎn)品的連接部位不留空隙。 

另外，即使通過這些提高了導(dǎo)熱特性，但如果散熱器不向外部散熱，內(nèi)部還是會(huì)聚集很多熱。因此也必須提高散熱器表面的放熱特性。典型的方法就是在表面多安裝幾個(gè)散熱片，擴(kuò)大散熱器的放熱面積。

運(yùn)用CAE工具，通過仿真驗(yàn)證熱解決方案

CAE的運(yùn)用 

那么怎樣驗(yàn)證熱解決方法是否有效呢？一種是通過實(shí)驗(yàn)測量溫度，但是一旦條件改變就要重新測量，效率比較低。因此需要使用CAE軟件進(jìn)行仿真。 圖2 運(yùn)用ANSYS解析軟件，在LED燈橫向擺放時(shí)，對(duì)LED燈周圍的熱和空氣的流動(dòng)進(jìn)行仿真。（�。�（ⅱ）是整個(gè)燈的溫度分布圖，紅色部分代表溫度高，藍(lán)色部分代表溫度低。（ⅲ）（ⅳ）是燈與LED封裝周邊（蓋子內(nèi)部）的自然對(duì)流圖，紅色箭頭部分表示對(duì)流速度快，藍(lán)色部分表示對(duì)流速度慢。與實(shí)際情況相比，這個(gè)例子只是一個(gè)非常簡單的模型，但從某種程度上卻能驗(yàn)證產(chǎn)品的溫度分布和空氣的自然對(duì)流。 從整個(gè)燈的溫度分布來看，雖說蓋子的溫度低，其他部位溫度高，但是某種程度上還是處于一個(gè)均等的溫度分布。這表面產(chǎn)生的熱量大部分都轉(zhuǎn)移到散熱器上，而且傳送路徑中沒有障礙。散熱器可以起到一個(gè)散熱的作用，但是如果散熱特性不好，整個(gè)燈的溫度就會(huì)上升，因此必須注意散熱器的形狀（安裝散熱片的大小、形狀、個(gè)數(shù)等）。 

 

圖2 根據(jù)ANSYS進(jìn)行熱流體解析的結(jié)果圖

仿真中需要解析對(duì)象的形狀、產(chǎn)品特性、條件等各種信息，但是通過想要確認(rèn)的信息可以區(qū)別簡易解析模型和詳細(xì)解析模型，從而有效把握想要驗(yàn)證的熱解決方法的好壞。例如，本例是對(duì)整個(gè)電燈的簡易建模，并不能把握LED封裝內(nèi)部詳細(xì)的溫度分布，但是如果對(duì)該部分進(jìn)行詳細(xì)的建模，就能夠確認(rèn)元件實(shí)際的溫度。 

反復(fù)實(shí)驗(yàn)，通過仿真修改部分信息就可以簡單的進(jìn)行操作，例如容易把握散熱器中散熱片的形狀和個(gè)數(shù)對(duì)溫度的影響。作為仿真用軟件，可以直接使用CAD信息進(jìn)行分析，可以在統(tǒng)一環(huán)境中對(duì)構(gòu)造、導(dǎo)熱、熱流體等進(jìn)行廣泛的分析，而且可以進(jìn)行各種組合分析。在設(shè)計(jì)中不僅要考慮熱的問題，其他因素也必須考慮，組合分析的難易是熟練進(jìn)行仿真的一個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)，這些我們在后面進(jìn)行論述。 

本次僅就熱的問題進(jìn)行了探討，但也存在即使解決了熱的問題，卻不能解決光、電的問題的情況。產(chǎn)品重在壽命長、無性能損壞、使用安全，因此我們的課題就是實(shí)現(xiàn)整體的最優(yōu)化設(shè)計(jì)。下次我們將針對(duì)電路和光學(xué)設(shè)計(jì)的問題展開討論。