发布时间 : 星期三 文章生化分析仪温度控制系统设计更新完毕开始阅读f8623ffa185f312b3169a45177232f60ddcce7fa
第5章 LED散热结构仿真及设计
热分析过程，需在散热片热分析功能模块的开发过程中作一些合理假设和简化处理：
○1假设工作时散热片表面的对流换热系数都是相同的； ○2计算中忽略辐射散热对计算结果的影响。
关于散热片的边界问题，在传热学中有3种边界条件：
第一类边界条件：给定物体表面温度的分布及其随时间的变化，即当时T?f(x,y,z,?)时，w。
S?ST第二类边界条件：给定物体表面上热流密度的分布及其随时间的变化，即当
?T??()w?qwS?Sq?n时，。
T第三类边界条件：给定物体周围流体的介质温度f和物体表面与周围介质之
?T??()w??(Tw?Tf)S?Sa时，?n间的对流换热系数?，即当
在本文散热片的热分析中，由于已知空气的温度和散热片表面与空气之间的对流换热系数，因此应归为第三类边界条件问题。
5.2 LED散热片截面分析
5.2.1 单个LED需要的散热面积的估算
由对流散热方程：
?? T (5-1) Q?h? A变换公式得到：
A?Q/(h??T) (5-2)
一般容许室温25℃时温升35℃，即60℃。 自然对流时，h的典型值为 5W/(m2·℃) 对于1W的热量，
A?1/(5?35)?0.0057m2?57cm2 (5-3)
单颗1W(VF=3.3V,1F=300mA)的LED发热80%, 所以所需散热面积为46cm2。 5.2.2 散热片截面尺寸优化
(1)设定底座中心温度为恒定数值，调整散热片翅片间距和翅片厚度的比例关系，用ANSYS进行仿真，散热片最低温度随翅片间距与翅片厚度的比例关系变化
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第5章 LED散热结构仿真及设计
如图5-2所示：
32.632.432.2最低温度3231.831.631.431.231值比01:011.1：11.2：11.3：11.4：11.5：11.6：11.7：11.8：11.9：102:01
图5-2 翅片间距与厚度比例变化时的最低温度
从上图可以看出，在翅片间距与翅片厚度的比值为1.5:1时，存在拐点，此时散热效果较好。
(2)设定底座中心温度为恒定数值，调整底座与翅片高度的比例关系，用ANSYS进行仿真，散热片最低温度随底座厚度与翅片宽度的比例关系变化如图5-3所示。
4540最低温度3530252001:0201:0103:0202:0105:0203:0107:0204:0109:0205:01比值
图5-3 底座厚度与翅片厚度比例变化时的最低温度
从上图可以看出，底座厚度与翅片厚度为1:1时，散热片效果最好。 (3)设定底座中心温度为恒定数值，调整散热片数目，用ANSYS进行仿真，散热片最低温度随翅片数目变化如图5-4所示。
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第5章 LED散热结构仿真及设计
343332最低温度31302928272625123456789翅片数目
图5-4 散热片数目变化时的最低温度
从上图可以看出，随着翅片数目的增加，最低温度逐渐降低。
(4)设定底座中心温度为恒定数值，调整散热片高度与翅片厚度的比值，用ANSYS进行仿真，得到最低温度变化如图5-5所示。
555045温度403530251234比值5678
图5-5 散热片高度与翅片厚度比例变化时的最低温度
从上图可以看出，随着翅片高度的增加，散热效果逐渐变好，但是由于到一定程度即可满足散热效果，不必要把翅片做的过长增加额外的成本和体积。
(4)我们可以看出，散热片的散热性能与翅片间距、翅片厚度、翅片高度、底座厚度有关。截面如图5-6所示。
从上述分析可以得到散热片截面模型的优化比例关系为： B=1.5A； C=1A。
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第5章 LED散热结构仿真及设计
图5-6 散热片截面图
此外，在实际情况中，通常散热片还有一定的倾斜角度，一般为3°左右。同时，还可以仿真不同形状的散热片，如圆盘形，或不规则图形，还可以在散热片上增加花纹，以更大程度的增加散热面积。但是，上述形状的改变仅仅只是为了增加面积，扩大与空气的导热能力。散热片的基本模型即上述讨论的形状，具有代表性。
5.3 利用ANSYS对不同形状散热片的仿真
上述研究只是针对散热片的截面进行分析，对于整体散热片性能可能会存在不同。并且，上述研究时设定底面中心温度为恒定值，而对于LED芯片来说，它所产生的热量是固定的，固定某点温度进行研究是不符合LED的模型的。因而下面将针对仿真散热片整体结构进行研究，从而更加准确的分析散热片的性能及各参数对它的影响。此时，我们在散热片中心放置LED芯片，施加热流密度。 5.3.1 利用ANSYS对直板式散热片仿真
(1)设置散热片整体长5 cm，宽5 cm，整体高度为4 cm，底座厚度为3 mm，翅片间距不同时，散热片温度分布云图如图5-7所示。
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