1W_LED灯珠结温的数值模拟_李磊.pdf
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1、第 卷第 期功能材料与器件学报.,.年 月 ,文章编号:():收稿日期:;修订日期:基金项目:东莞市科技特派员项目()作者简介:李 磊(),男,硕士,讲师,主要研究方向为新型电力电子技术(:,)灯珠结温的数值模拟李 磊,严其艳,马丽心,阳颂兵(广东科技学院 机电工程学院,东莞;东莞市百分百科技有限公司 东莞)摘要:结温严重影响其可靠性和性能,芯片的结温升高,会使芯片的寿命减少,性能衰退。本文使用有限元法和 软件,建立了 灯珠的仿真模型,验证了模型的可靠性;仿真计算的 灯珠最高温度为,稳态情况下的灯珠温度分布呈正态分布,与实测结果基本一致。与文献报道方案相比,本仿真的最大优势是保持精度、有效减小
2、了计算时间,对大型 模组仿真方案具有一定的参考价值。关键词:;灯珠;温度分布;数值模拟中图分类号:文献标志码:,(,;,):,:;引言继白炽灯、荧光灯等传统光源后,新型高效节能的 光源进入了普通照明市场,不仅有了广泛应用,特别是在机器人视觉技术上,成为不可或缺的照明设备,更为能源节省开拓了新空间。光源的发展除了得益于其本身具有的传统光源所没有的很多优点(高效节能、寿命长、可靠性高、无毒、环保、反应速度快、可自由而个性化设置光源分布、小型化等)外,技 术 的 进 步、各 国 的 政 策 支持,为其发展提供了坚实的外部条件。现今,功率 是当前 产业的重要发展方向,但其散热问题严重阻碍其发展,鉴于当
3、下机器人行业在视觉技术方面的普遍应用,对其进行合理的热管理是非常必要。然而,国内外对 模组的散热研究多以多芯片 模组,为主,对 灯珠模组的研究仍较少。本文建立了一种 模组及其核心发热部件 灯珠的仿真模型,基于有限元法和 软件得到了其稳态情况下的温度分布,将其额定工作条件下的仿真结果和实测温度进行了比较,其差值在允许误差范围内,验证了模型的可靠性。热仿真模型大部分对 散热的研究中,改善散热性能的方式主要是针对散热器的翅片和基板进行优化。跟据散热的方法,实现改善 散热的良好效果,最重要的技巧就是增大散热器的散热面积来实现,该做法对于小功率 有明显的效果,但对于大功率 此方法就存在局限,同时存在严重
4、的问题,即增加灯的封装体积及重量。为改善大功率 的散热问题,首先要对 灯珠的散热问题进行必要的建模与分析。因此,本文设计一种简化灯珠模型,通过仿真研究是否可以改善 散热效果。灯珠的热仿真模型 模组的尺寸变化范围较大,模组的 基板的铜层很薄,而且铜层和灯珠之间的贴合面的存在更是增加了网格划分的困难。灯珠的各部件的尺寸都比较小,如果在研究 模组时考虑 个灯珠的所有部件,会使得网格的划分非常复杂,大大增加计算的困难,在误差允许的范围内花费大量的时间有点得不偿失。而 灯珠是 模组的重要组成部分,灯珠的各部件的温度分布是需要进一步研究的内容。对 灯珠进行建模,添加 模组中忽略掉的荧光粉、硅胶、透镜和,得
5、到其截面图如图 所示。灯珠的尺寸、材料和热物性如表 所示。图 简化 灯珠的截面图 表 灯珠的尺寸、材料和物性参数,材料厚度()尺寸()热导率()透镜环氧树脂 圆环填充物硅胶填充荧光粉:覆盖芯片 圆环单独模拟 灯珠时,还做了以下的模型假设:()忽略金线和电极对 灯珠的温度分布的影响。()灯珠外表面与空气间的对流系数为,环境温度为。()假设添加荧光粉、硅胶、透镜和 后,这些部件的添加对从基板到散热器的传热效果没有产生影响,即散热块底面热流密度没有因为给 灯珠添加荧光粉、硅胶、透镜和 而发生变化。参照文献,在热传导的过程中,如果热流面积发生变化就会产生热扩散效应,热流面积突变面边缘处的热流密度相对面
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