现在大功率的LED光源又分为两种类型， 一种是阵列散布式大功率LED 光源， 它是将数个LED进行阵列散布安置， 如图1 所示。另一种是集成式大功率LED 光源， 将数颗LED 集成封装在一起， 如图2所示。这两种类型的LED 灯具因LED 芯片安置办法不同， 在配光曲线、占用空间以及散热上面有所不同。相对来说， 集成式大功率LED 光源制成的灯具质量要轻， 在封装资料方面用料要少， 配光方面与阵列散布式大功率LED 光源比较也能够到达路灯照明的要求， 是今后的路灯开展趋势。可是因为散热比较阵列式要难， 因而寿数缩短， 成为阻止集成式大功率LED光源开展的要害难题。
图1 阵列散布式大功率LED光源
图2 集成式大功率LED光源
本文首要是运用ANSYS有限元软件对集成大功率热源LED 路灯散热器进行结构优化规划。大功率LED灯具的运用温度要求在75 以下， 因而本次优化的意图是在力求在LED 芯片结温降到最低并小于75 的一起使散热器的质量有所下降。
1 热量传递理论与热剖析
1. 1 热量传递根本理论
热量传递首要有三种办法: 热传导、热对流和热辐射。在LED路灯的散热体系里， 三种热量传递办法均有， 可是以热传导和热对流为主。热传导性强弱依赖于产品资料， 已有许多文章就此进行了研讨， 而且经研讨标明指出处理LED 散热问题的要害不是寻觅高热导率的资料而是改动LED 的散热结构或许散热办法， 因而本文首要考虑因散热器结构的不同而导致的散热效果不同。
对流换热的根本计算公式是牛顿冷却公式， 把温差记为△t， 并约好永远为正值， 则牛顿冷却公式为:
式中h 外表传热系数， 单位W / (m2 K )。
A 换热面积， 单位m2。
由对流换热速率方程式( 1)可见， 要想添加对流换热量能够经过添加温差， 添加外表传热系数以及添加换热面积三种办法能够到达。关于天然对流换热的LED路灯来说， 添加温差和外表传热系数的办法不方便选用， 因而本文首要是经过添加换热外表积。
选用翅片是一种有用的添加换热外表的办法。它能够使热流量沿着肋高度方向传导的一起向周围的环境以对流或对流加辐射的办法发出热量。 散热面积越大， 散热效果越好， 可是并不成简略的比例关系。
1. 2 散热器模型树立
本文初步规划选用平直翅片散热器如图3所示。它的结构参数包含翅片厚度， 高度， 长度以及基板长度， 宽度和厚度， 运用ANSYS软件对这六个参数进行剖析， 进行散热器的结构规划。
图3 初选散热器模型。
对与空气中触摸的散热器外外表均设为天然对流， 对流系数为7. 5W / ( m2· K )， 环境温度设为40℃， 这样就能够确保一般的情况下LED 路灯的工作温度在75℃ 以下。因为灯罩的密封效果， 模型其他外表均界说为绝热。光源的体积是60 mm&TImes; 60mm &TImes;8mm。LED 路灯功率为50W， 其间15%转化为光能， 85% 转化为热能， 所以将( 1. 47 &TImes;106 )W m- 3的生热率载荷施加于芯片实体上。散热器资料选用ZL104铝合金， 导热率为147W /m ， 密度为2 650 kg /m3。在惯例压力与外表粗糙度的情况下， 取铝铝之间触摸热阻为4. 55 &TImes;10-4m2· K /W 。
