LED照明设计初为何要进行热模拟?简析热模拟之益处、考虑因素及准确性

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图2. 热模拟表明,这些芯片模块显示出良好的热管理特性。(图片来源:Future Facilities Limited)

热模拟的好处

以往,大部分设计和开发工作都是基于使用“经验法则”从热学角度计算一个特定组件、印刷电路板(PCB)或完整组件可能的表现。由于任何电子产品的设计和开发过程都是迭代的,所以在整个产品开发过程中必须重复计算。在每个阶段,都需要纠正设计错误,甚至可能会漏掉热点。每一项变更都会增加项目的时间和费用,增加在市场中失去时机的风险。

而且,这种方法的精度相对较差,设计人员不得不过度设计散热管理。举例来说,这可能意味着使用更大的散热片,增加成品的尺寸和成本,甚至可能意味着在不需要风扇的情况下使用风扇,大大降低成品的“平均故障间隔时间”(MTBF)。 更可怕的是,成品生产出来之后,出现热问题,继而出现保修索赔、产品更换、品牌声誉受损等。

因此,热管理使工程师能够设计更小、更经济、性能更好、寿命更长的产品。热模拟让迭代设计更快,可以尝试多种散热管理的选择,并最终缩短产品上市时间。

在开发过程中模拟

在设计过程中,越早进行热模拟,越能降低需要进行重大设计变更以克服可能出现的热问题的风险。在整个项目中,电子、机械和热工程师需要协同工作,以确保在设计过程中考虑到热模拟的结果,并充分认识到设计变更对热性能的影响。 图3描述了具有不同学科背景的团队成员之间的互动。

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图3. 为了让热模拟有价值,各工程师需要协同工作。(图片来源:Future Facilities Limited)

在开始的时候,一个非常简单的概念模型 - 其中所有的电子元件表示为一个集中的热块 - 可以用来确定是否有可能在规格的限制内使照明灯具冷却(图4)。 产品的总功耗、尺寸、散热器的尺寸以及风扇的气流(如果要使用的话)代表了现阶段所有可用的信息。

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