大功率散熱器最佳化設計論文

大功率散熱器最佳化設計論文

　　1散熱器物理模型的建立

　　大功率LED燈具主要由多孔型燈殼、透光罩、反光器、照明電源、LED燈珠、鋁基積體電路以及平板型翅片散熱器等組成。根據要求可將其設定為LED燈珠：型號為OSRAMLUW-W5AM，燈珠需要10顆左右，每顆燈珠額定功率為1瓦，電能轉化效率設定為80%，在模擬模擬軟體中使用二維點光源表示；鋁基整合電路板的長寬高結構引數為180mm*92*1.5mm，線路板導熱係數設定為200W/(m*k),銅膜覆蓋厚度為60μm，導熱係數為380W(m*k)；平板型鋁翅片散熱器：散熱器長寬高參數為220mm*130mm*10mm，翅片厚度2mm，翅片間距及高度為：5mm，20mm,外殼導熱係數為200W(m*k)。採用Icepak模擬模擬軟體進行實驗時，工作環境引數定義為自然對流換熱模型，且周圍介質環境為20°乾燥空氣。該軟體計算域必須足夠大，一般情況下計算域選定為：重力反方向上的'模型高度定為3倍模型引數，重力方向模型高度定為2倍模型引數，模型側面結構引數定為0.5倍結構引數，參考模型如圖1，利用三維軟體設計原理，可從不同層面對資料進行分析檢測，實驗過程中採用開放型邊界條件。

　　2大功率散熱器最佳化設計分析

　　2.1中心組合設計

　　首先採用等效電阻電路的處理方法，對散熱器三個結構引數進行最佳化設計。三個結構引數分別為：翅片高度20mm；翅片間距6mm；翅片厚度2mm，然後根據CentralComposite設計原理對三個結構引數對散熱器散熱效果的影響，得出以下實驗因素水平編碼值表：表格中：r表示各結構引數與中心點的間距。

　　2.2數學模型最佳化設計

　　運用DesignExpert8.06，可計算出散熱器三個結構引數對於散熱效果的響應值，最後得出下列方程式：上述方程中：xi、xj為變數編碼值；b0、bi、bji、bii,為計算係數；p為變數代號。

　　2.3散熱器翅片結構引數最佳值確定

　　根據二次相應曲面模型計算方法求得二次相應面的對應方程的穩定取值點：利用上式可將回歸方程換算為矩陣的形式：然後利用求導法則對上式進行求導可得：求得駐點即各結構引數的最佳值：假如在實際取值範圍內無法求得駐點，即中心組核試驗確定的響應面圖形為近似板型，此時需要對考慮邊界條件確定最佳值點。

　　3結語

　　本設計主要是對大功率LED燈具散熱器的核心部件：燈珠、鋁基整合電路板、平板翅型散熱器，採用中心組合法對翅片散熱系統結構引數進行最佳化設計：得出散熱器的三個響應因子為翅片高度、間距及厚度，響應值為散熱器工作溫度；透過實驗計算得出散熱器的工作溫度值，然後在利用DesignExpert8.06軟體響應面分析程式對實驗結果進行迴歸擬合，得出影響散熱器散熱效能的結構引數按主次順序為：翅片高度>翅片間距>翅片厚度；3個響應因子的最佳結構組合為：翅片高度23．50mm，翅片間距6．05mm，翅片厚度1．32mm，在此條件下，散熱器溫度為45.2822℃。