關(guān)鍵詞：Flotherm ；TEC；散熱分析；LED

LED工作溫度對其壽命和光效具有顯著影響。高效的熱管理對 LED 的性能穩(wěn)定非常重要。為了有效降低 LED 溫度、滿足散熱需求及特定場所的應(yīng)用需求，結(jié)合熱電冷卻器 （TEC），利用Flotherm軟件對其進(jìn)行散熱分析。

1. 物理模型：

本文采用Flotherm仿真軟件對LED，TEC，散熱器系統(tǒng)進(jìn)行建模。LED、銅基板如圖1所示，采用4*4陣列的LED布局，LED尺寸為1mm*1mm*1mm，功率為1W。

圖1 LED、銅基板的結(jié)構(gòu)

TEC采用Liard UltraTEC? UTX Series UTX8-12-F2-2525-TA-W6，其模型如圖2所示。

圖2 TEC模型

模型的整體結(jié)構(gòu)如圖 3 所示，采用 TIM 貼合TEC和散熱器以降低接觸熱阻。 模型計算域如圖4所示，其中重力方向沿Y軸負(fù)向。將環(huán)境溫度設(shè)置為30C。

圖3 模型整體結(jié)構(gòu)

圖 4 模型的計算域邊界

TEC參數(shù)如圖5所示。

圖 5 TEC參數(shù)設(shè)置

1. 網(wǎng)格劃分：

Flotherm網(wǎng)格劃分包括全局網(wǎng)格設(shè)置、局部網(wǎng)格細(xì)化。建立幾何模型后，對全局網(wǎng)格進(jìn)行設(shè)置，設(shè)置最大網(wǎng)格尺寸。對于LED，TIM等溫度梯度大，尺寸較小的部件網(wǎng)格進(jìn)行加密，從而增加計算的精度和準(zhǔn)確性。

圖6 模型網(wǎng)格劃分

1. 求解設(shè)置：

如圖7所示，對求解器進(jìn)行設(shè)置，選擇流動與傳熱求解器，打開輻射模型，并設(shè)計流體屬性與環(huán)境溫度等，進(jìn)行求解。

圖7 求解設(shè)置

1. 分析與討論

該模型為自然散熱，TEC冷端接觸LED，熱端接觸散熱器，TEC工作時從冷端吸熱，降低LED的溫度，從熱端放熱，將熱量傳遞到散熱器中，并通過熱對流和熱輻射最終將熱量傳遞到環(huán)境中。其溫度分布如下圖8所示。

圖8 溫度分布

由圖 9 可知，當(dāng)TEC電流從1A增加到4.5A時，LED最高溫度先下降后上升，散熱器溫度卻不斷上升，這是因為 TEC 將熱量從冷端轉(zhuǎn)移到熱端時，需要額外的輸入功，這些功也會轉(zhuǎn)化為熱量，全部熱量通過散熱器傳遞到空氣中。但是，散熱器的散熱能力有限，隨著總熱量的增加，散熱器的溫度不斷升高，從而導(dǎo)致TEC 熱面溫度的升高，TEC 的工作效率q下降，更多的熱量無法從冷面?zhèn)鬟f到熱面，最終導(dǎo)致 LED 溫度逐漸上升。可以看出當(dāng)電流為3A時，LED的溫度最低。

圖9 TEC電流對 LED 溫度的影響

最后，有相關(guān)需求歡迎通過公眾號“320科技工作室”與我們聯(lián)絡(luò)。