ANSYS Icepak应用于LED球泡灯的散热模拟计算

当前，LED球泡灯越来越多地替换了高热耗低效率的传统球泡灯。与传统球泡灯不同，LED球泡灯散发的光更加柔和，但是其功率仅仅是传统球泡灯的一部分（可以减少82%的能源消耗，且其寿命超过传统灯泡的25倍）。

对球泡灯设计而言，一个最重要的方面是散热器的设计。通常散热器由压铸铝制造（因为它的形状比较复杂），但是压铸铝的导热率比较低。因此散热器经常被设计成体积笨重的模型。如果使用高密度铸铝（导热率与铝型材接近）来制造散热器，可以改进LED球泡灯的热可靠性。

挑战：LED球泡灯的散热器通常需要考虑美观等要求。对不同的散热器进行必要的简化（不影响其散热性能，比如删除小尺寸倒角、安装孔等等），使用热分析软件建立相应的CFD热仿真模型，详细捕捉异形复杂的散热器几何结构，进行CFD分析计算，可以预测洞悉LED球泡灯的热流特性。

结果：在热分析软件Icepak中，分别设置散热器模型为压铸铝和高密度铸铝（HDDC），进行两种工况的CFD模拟计算，可以发现，如果散热器使用压铸铝，则模型最高温度为137C；如果散热器使用高密度铸铝，则模型最高温度为127C，降低了10C。

压铸铝散热器计算结果

高密度铸铝散热器计算结果

使用Icepak进行热仿真时，必须建立准确的散热器热模型，促使网格精确捕捉散热器复杂的细节特征，才能得到LED球泡灯准确的CFD计算结果。

将优化后的散热器放置在更高热耗的球泡灯上，可以发现，LED球泡的热性能仍然低于LED灯珠的最高限制。如果在LED铝基板（PCB板）与铸铝散热器之间添加导热垫片，LED球泡灯的温度可以更低，热可靠性更高。

另外，AAVID使用Icepak对某植物生长照明LED灯进行了热仿真优化计算，通过计算，发现其温度较高，LED的寿命减少。

对LED灯珠和电源驱动进行了优化设计，使得其寿命达到10年以上。

作者：王永康，安世亚太高级工程师、ANSYS Icepak产品经理

首发：仿真秀公众