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LED筒灯散热仿真及光源布局优化研究

2014-09-04 00:01
小鱼时代
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  LED用于照明存在一个共性的应用难题——散热,目前的LED仅有20%~30%的光电转换效率,其余的能量转化为热量。若灯具LED芯片中的热量不能有效散发,会使LED芯片PN结温度过高,导致发光效率降低、芯片发射光谱发生红移、色温质量下降、荧光粉的转换效率降低[1],工作寿命下降甚至可使LED永久失效等问题[2]。当前LED灯具散热方案分为被动散热和主动散热,被动散热方案如自然散热、热管技术、均温板技术、回路热管技术[3];主动散热如风冷散热、微通道热沉散热、半导体制冷散热[4]等。这些散热方案结构相对较大,在道路照明如LED路灯、LED隧道灯等较大的灯具上可作为有效的方法,但LED筒灯由于其体积大小、外观要求、工作环境的限制影响,更多的还是采用自然散热。

  LED筒灯采用LED作为光源,其结构是在传统筒灯结构基础上进行改进。LED筒灯具备传统筒灯的特点,同时兼有了LED的所有优点:节能、低碳、长寿、显色性好、响应速度快等[5]。LED筒灯的设计更加的美观轻巧,安装时能达到保持建筑装饰的整体统一与完美,不破坏灯具的设置,光源隐藏建筑装饰内部,光源不外露。LED筒灯通常采用COB、阵列大功率LED(1W以上)、阵列中小功率LED(0.5W及以下)等几种光源形式,其中阵列中小功率LED光源的光学效果最好,人的视觉效果柔和、均匀,目前大部分LED筒灯都采用这种光源形式。

  利用有限元CFD仿真软件可以全面分析LED灯具的热传导、热对流及热辐射,分析求解LED灯具内外的温度场和流场等,适用于目前LED照明灯具散热模拟仿真。白坤等[6]对一种3芯白光LED筒灯进行有限元散热模拟,分析了衬底、锡膏、铜箔、铝基板等热通道材料的横向热阻和纵向热阻,并提出一种利用铜柱连接外部散热器的快速热通道优化设计;马湘君等[7]利用有限元方法分析计算了15WLED筒灯温度场,进一步分析了PCB导热率、导热胶导热率和芯片位置(相对于鳍片式散热器)等对LED灯具散热效果的影响。本文将从筒灯主要热源处———LED光源的布局分析它对LED筒灯散热的影响,采用散热模拟仿真与实验测量相结合的方法进行研究,并将研究结果应用于LED筒灯产品改进设计中。

  LED筒灯散热建模及仿真

  本次研究选用一款8寸25WLED筒灯作为主要研究对象,其实物如图1所示,三维造型模型图如图2所示。

 图1 LED筒灯实物图

 图2 LED筒灯三维模型

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