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LED 灯具的散热片设计案例

coolingme 散热器 2016-07-03 17:01:07

当前LED照明给人的感觉是跟新技术,高科技,环保,高档,这些词联在一起的。而市面上大多数的设计都是基于实用性的考虑,完全没有考虑美感和协调感。比如这个:

LED散热器

看上去简单粗暴,乡土气息扑面而来,像是设计师刚从城乡结合部大学深造回来后的作品。

更不用说这款了,看上去让人生理上严重不适。

当然也有人意识到了这点,于是有的LED灯为了兼顾外形,不让散热片直接暴露在观众的眼皮底下,就设计了外层罩子,里面是散热片,两者兼顾。但是说实话,这种设计的散热效果是大打折扣。

于是问题就变成了:如何设计一款漂亮的,性能优越的并且与周遭环境和谐共存的LED灯的散热片呢?

本期的LpR上出现了一个案例,设计了一款LED灯的散热片。作者从仿生学的角度对散热片设计提出了自己独到的见解。

原文里,作者提到了这个事实:大自然是神奇的设计师,经过百万年的漫长的进化,人的血管回路,树叶的叶脉和树根的形状都很相似,而且它们有一个共同的目的,就是为了用最少的材料来传送最大的资源(营养),所以血管,树根的表面积是经过大自然筛选过的,是能在最少用料情况下传输最大资源的。

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讲到这里,估计聪明的你已经明白是怎么回事了。为了基于同一个标准比较,作者设计了一个限制条件:

  • LED 发热量7W 。
  • 散热片 尺寸限制:直径50mm 高度50mm。
  • 散热片 核心的core 直径 5x5mm 。

用CFD 计算比较结果如下:

3号设计的热阻最小,即7个齿的散热片效果最好。最差的5号设计比3号效果差12%。

为什么会有这个区别?

答案是因为自然对流散热下的LED灯具,其辐射和对流的换热效率是需要平衡的,如果单独强调面积,那么结果就是把翅片间距设计的很小,导致对流效果变差。反之,翅片间距过大,导致总面积减小,也达不到最佳效果,所以CFD的功能就在这里,我们可以通过它来甄选最优方案。

此处可以参考这一篇博客,探讨辐射和对流的关系。

把3号设计拿出来,单独设计一个没有叉齿的散热片,且截面积与3号设计几乎一样(误差<1%)。再比较它们俩的效果:

从图上看,右图设计齿间的风俗比较均匀,且热阻比左图低了约8.3%。

最后,作者设计了这么一款概念产品,从性能和外观上达到了平衡点。

 

希望以后的LED灯具设计越来越人性化,像苹果手机一样,把性能藏在设计背后。促使大家都使用LED灯具,希望这个行业尽快迎来春天。

 

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