一个完整的LED灯具散热优化分析计算方案

本文摘要（由AI生成）：

本文主要介绍了一个LED射灯的散热优化分析过程。首先，对问题进行了描述，包括LED射灯的总功率、主要结构、材料等。然后，通过建立模型、检查模型、创建项目、调整计算域、定义固体材料、定义热源、定义辐射表面、定义接触热阻、定义目标、定义网格等步骤，进行了热仿真分析。最后，通过仿真结果和优化方案，实现了LED焊点温度低于86℃的目标。

一、问题描述：

如下，一个LED射灯，总功率12W，主要结构包含散热器、PCB、LED、外壳、反射器及面环等，散热器材料为阳极氧化铝挤，PCB材料是陶瓷，反射器大于70%，LED是OSRAM 7070，电流260Ma，热功耗6.81W，外壳、反射器和面环的材料是PC。通过对散热器、外壳等特征进行优化，使LED焊点温度低于86℃。

二、建立模型

1、模型准备

打开STP模型，删除螺钉、卡环、线材等不必要的零部件，去除LOGO、螺纹等细小特征。把详细的LED模型简化为一个零件，此时其温度即为LED的焊点温度，把详细分层的PCB简化为一个零件，使用创建的材料属性去等效处理。

2、检查模型

针对准备好的模型，使用【检查模型】进行检查，显示状态成功，模型正常。若出现模型准备失败或者无效接触等问题可详细参考“第二讲FloEFD热仿真分析之模型准备”。（可点击文章末尾阅读原文学习）

3、创建项目

通过向导创建项目

4、调整计算域

按照之前所说的调整计算域大小，纵向4倍模型高度，横向2倍模型尺寸。

5、定义固体材料

对模型中各个零部件进行材料赋予：

陶瓷基板材料创建：新建材料，设置导热率7℃/mk。陶瓷基板可简化为各向同性，若FR-4板材，则需要设置为各项异性，纵向0.3℃/mk，横向35℃/mk。

6、定义热源

LED赋予体积热功耗6.81W。

7、定义辐射表面

针对各零部件设置辐射系数：

8、定义接触热阻

由于PCB与散热器表面不平整，需要增加导热硅脂来填充缝隙。定义PCB与散热器接触的面定义接触热阻。

9、定义目标

由于LED的焊点温度是散热设计的关键，所以把其设置为目标，且用于控制目标收敛。

10、定义网格

先设置全局网格，采用自动网格划分，等级为5，再针对LED、PCB和散热器进行局部网格划分，并且依次降低细化的等级，使得相接触的两零部件细化等级不大于2。

三、求解计算

在正式求解之前，首先划分网格，根据网格的结果再调整局部网格划分设置。网格划分判断没问题后，再进行求解。

四、仿真结果

1、目标图

根据显示，LED最好温度是102.3℃，明显高于目标值。

2、切面云图

3、表面云图

4、流动迹线

五、仿真优化

1、散热器优化

原散热器较为封闭，空气流动相对不流畅，把散热器的筋都打开进行优化，同时把散热器增高10mm。

2、外壳优化

3、优化结果

经过优化后的LED最高焊点温度85.8℃，小于目标86℃，能满足灯具的寿命要求。

六、小结

通过以上的案例，完整展示LED灯具散热优化分析设置项目，并提供了优化方案。很多时候一些模型的尺寸都有限制，有时候甚至外观，那么如何在有限的条件下进行优化，这需要分析目前的散热结构特征，然后一步步去分解每个零部件，最终实现整个系统的优化。