基于ANSYS的LED灯具热分析[2]

　　三、ANSYS 分析及实验测试

　　热分析有限元软件采用在CAE(Computer Aided Engineering)行业领先的ANSYS 软件。ANSYS 软件是融结构、流体、电场、磁场、声场分析于一体的大型通用有限元分析软件。由世界上最大的有限元分析软件公司之一的美国ANSYS 开发，是现代产品设计中的高级CAD 工具之一。程序可处理热传递的三种基本类型：传导、对流和辐射，热传递的三种类型均可进行稳态和瞬态、线性和非线性分析[5]。本次进行的是稳态热交换分析。

　　ANSYS 有限元分析结果主要包括温度分布、温度梯度及热流密度(图5-8)。

　　图5 温度分布

　　图6 温度分布关键点值

　　图7 温度梯度

　　图8 热流密度

　　我们选择了3 个样品进行温度测试(测试点见图9)，光源分别为Cree(2 个)和Handson(1 个)，测试设备为多点温度巡检仪(型号TMP-2，如图10)，采用热电偶温度测试原理，测试结果如表2，测试环境为室温26.9℃，密闭房间。

　　图9 灯具测试点示意图

　　图10 多点温度巡检仪TMP-2

　　四、结果分析

　　ANSYS 分析结果显示，最高温度出现在芯片及引脚部位，为66.27℃(在阀值70℃范围内)，最低温度为灯具外壳大端面处(外壳点3)，为53.82℃，一般来说，LED 灯具的外壳设计温度须低于60℃。分析结果也显示了温度梯度及热传递矢量，可用于指导灯具元件的布局。热通主要集中在热沉和铝基板的结合区域，为热导的主要通道，更换不同厂商的光源，在相同的灯具功率下，温度分布及其温度梯度差异不大，与设计时的CAE 分析结果对比如下：

　　ANSYS 分析是在室温25℃的密封环境下，外壳最低温度为53.82℃，中心温度66.27℃，换算到测试温度(26.9℃)下分别约55.7℃、68.2℃。考虑到测试设备、测试环境和有限元模型的简化，存在一定的误差，最大误差为3.5℃，中心引脚和外壳温度最大误差率分别为：

　　 (6)

(7)

　　实验测试的外壳温度存在一定的温度梯度，导致该现象的主要原因为电路发热，在测试点1的内腔安装有恒流源驱动电路模块，电路模块发热，会使测试点1 和它附近的点2温度升高。而测试点3远离电路模块，所以与仿真值更为接近，最大误差仅为：

(8)

　　最大误差率为：

　　(9)

　　利用先进的计算机仿真分析，在设计时，我们就能比较准确的把握产品的温度分布情况，针对温升比较集中的地方进行散热结构改进、优化，满足客户和设计的需求，从而提升产品的质量和性能。

编辑：Cedar