目录

序言

第 1 章 传热学基础 1

1.1 传热学概述 1

1.1.1 温度 1

1.1.2 热量 2

1.1.3 传热方式 3

1.2 导热 5

1.2.1 导热及导热定律 5

1.2.2 一维导热及通过平板的导热 7

1.2.3 导热设计 8

1.3 对流 10

1.3.1 流体流动的两种形态 10

1.3.2 热对流及对流传热 10

1.3.3 对流传热公式及表面传热系数 12

1.3.4 边界层 13

1.3.5 对流传热的强化 15

1.4 自然对流传热的实验关联式 15

1.4.1 自然对流传热概述 15

1.4.2 大空间自然对流传热的实验 关联式 16

1.4.3 有限空间自然对流传热的实验 关联式 19

1.5 热辐射 20

1.5.1 热辐射及物体表面的发射率 20

1.5.2 辐射传热的计算 22

1.5.3 辐射传热系数及复合传热系数 25

1.5.4 热辐射强化 26

1.6 热阻 27

1.6.1 热阻概述 27

1.6.2 热阻抗 28

1.6.3 接触热阻 29

1.6.4 扩散热阻 29

第 2 章 热设计基础 30

2.1 热设计概述 30

2.1.1 热设计的必要性 30

2.1.2 热设计的几个概念 31

2.1.3 热设计的层次 34

2.1.4 热设计的原则 35

2.1.5 热设计的思路 35

2.1.6 热设计的流程 36

2.2 常用的散热技术 38

2.2.1 空气冷却:自然对流冷却和强制 对流冷却 38

2.2.2 液体冷却:直接液体冷却和间接 液体冷却 38

2.2.3 射流冲击冷却 38

2.2.4 相变冷却 38

2.2.5 热管传热 39

2.2.6 微通道技术 41

2.2.7 制冷 41

2.2.8 复合冷却系统 42

2.3 散热新技术 43

2.3.1 液态金属冷却技术 43

2.3.2 离子风冷却技术 43

2.3.3 合成射流散热技术 44

2.3.4 旋转散热片技术 45

2.3.5 纳米散热技术 46

2.4 PCB的热设计 47

2.4.1 PCB选材 47

2.4.2 PCB布线 47

2.4.3 元器件的排布 47

2.5 散热片的设计 48

2.5.1 散热片的成型方式 48

2.5.2 肋片效率 52

2.5.3 散热片的设计参数 53

2.5.4 自然对流散热片的结构设计 54

2.5.5 强制对流散热片的结构设计 55

2.6 风扇 57

2.6.1 风扇的类型 57

2.6.2 风扇的轴承和叶片 58

2.6.3 风扇的特性曲线 58

2.6.4 风扇的转速 60

2.6.5 风扇的使用:抽风与吹风 60

2.6.6 风扇的噪声 60

第 3 章 LED的热特性 62

3.1 照明术语及LED概述 62

3.1.1 照明术语 62

3.1.2 LED概述 63

3.2 LED的封装 64

3.2.1 LED封装概述 64

3.2.2 LED封装类型 65

3.2.3 LED封装技术 67

3.3 LED的热阻 69

3.3.1 LED热阻的概念 69

3.3.2 LED热阻的环节 70

3.3.3 大功率LED理论热阻的计算 75

3.4 LED热阻的测量 77

3.4.1 稳态法测量LED的标称热阻 77

3.4.2 瞬态法测量LED的实际热阻 78

3.4.3 多晶片LED热阻的测量 80

3.5 LED的发光效率及发热量 80

3.5.1 LED的发光效率 80

3.5.2 LED的发热量 82

3.6 温度对LED的影响 82

3.6.1 温度过高会对LED造成永久性破坏 82

3.6.2 温度升高会缩短LED的寿命 82

3.6.3 温度升高会降低LED的发光效率 83

3.6.4 温度对LED光色的影响 84

3.6.5 温度对LED正向电压的影响 85

3.6.6 温度过高会限制LED的最大注入电流 85

3.7 LED的寿命预测 86

3.7.1 LED寿命测试方法 86

3.7.2 LED寿命预测模型 88

附录 陶瓷基板的分类 89

第 4 章 LED照明产品种类及特点 91

4.1 灯具及LED照明产品 91

4.1.1 灯具及其分类 91

4.1.2 LED照明产品 94

4.2 LED照明产品的特点 94

4.2.1 LED室内照明产品 94

4.2.2 LED户外照明产品 96

4.2.3 LED特种照明产品 98

4.2.4 LED车灯 98

4.3 LED照明产品的发展方向 100

4.3.1 模块化 101

4.3.2 散热设计 101

4.3.3 光学及照明设计 102

4.3.4 驱动 102

4.3.5 智能控制 102

附录 相关LED照明产品数据 103

第 5 章 LED照明产品的热设计 107

5.1 LED照明产品的热阻分析 107

5.1.1 LED照明产品的热流通路 107

5.1.2 LED照明产品的热阻网络 109

5.2 LED照明产品的热阻控制 112

5.2.1 减小LED封装热阻 112

5.2.2 减小接触热阻 112

5.2.3 减小扩散热阻 112

5.2.4 减小导热热阻 113

5.2.5 减小对流传热热阻 113

5.2.6 减小辐射传热热阻 113

5.3 LED照明产品常用的散热方式 113

5.3.1 自然对流散热 114

5.3.2 热管辅助传热 114

5.3.3 风扇强制对流散热 115

5.3.4 合成射流散热 116

5.4 LED照明产品常用的导热材料 116

5.4.1 LED系统线路板 116

5.4.2 散热片材料 118

5.4.3 热界面材料 119

5.4.4 电子灌封材料 121

5.4.5 其他导热材料 121

5.5 LED照明产品驱动的散热 122

5.5.1 LED驱动的分类 122

5.5.2 LED驱动的散热 124

第 6 章 LED照明产品的热仿真 129

6.1 热仿真概述 129

6.1.1 热仿真的原理 129

6.1.2 热仿真的特点 130

6.1.3 热仿真的过程 132

6.2 流体流动与传热的控制方程 137

6.2.1 连续性方程 137

6.2.2 流体运动微分方程 138

6.2.3 雷诺方程 138

6.2.4 k-ε方程 139

6.2.5 能量方程 140

6.2.6 通用微分方程 140

6.3 控制方程离散化方法 140

6.3.1 有限差分法 141

6.3.2 有限元法 141

6.3.3 有限体积法 141

6.3.4 有限分析法 141

6.4 网格 141

6.4.1 网格分类 141

6.4.2 网格选用 142

6.5 LED照明产品热仿真软件 143

6.5.1 CFD软件分类 143

6.5.2 FloEFD简介 143

6.5.3 FloEFD的基本操作 144

6.5.4 FloEFD的常见问题 146

6.6 LED照明产品热仿真方法及案例 分析 147

6.6.1 某LED吸顶灯散热方案预测 147

6.6.2 某LED射灯散热片的优化 148

第 7 章 LED照明产品的热测试 151

7.1 热测试概述 151

7.1.1 热测试的目的 151

7.1.2 热测试的内容 151

7.1.3 热测试项目及设备 151

7.2 热电偶 155

7.2.1 热电偶测温原理 155

7.2.2 热电偶的特性 156

7.2.3 热电偶分度号 157

7.2.4 热电偶的使用 157

7.2.5 热电偶焊接机 159

7.3 热像仪 160

7.3.1 红外测温原理 160

7.3.2 热像仪的概述 161

7.3.3 热像仪的使用 162

7.4 LED照明产品热测试的特点 165

7.4.1 LED照明产品热测试的目的 165

7.4.2 LED照明产品热测试的注意 事项 166

7.4.3 LED照明产品热测试的环境 要求 166

第 8 章 LED照明产品热设计实例及失效性分析 169

8.1 LED照明产品的开发流程 169

8.1.1 可行性分析 169

8.1.2 方案制定 169

8.1.3 方案验证 171

8.1.4 试量产 171

8.1.5 量产 171

8.2 某民用LED照明产品热设计实例 171

8.2.1 某LED射灯的可行性分析 171

8.2.2 某LED射灯的方案制定 172

8.2.3 某LED射灯的方案验证 177

8.2.4 某LED射灯的试量产及量产 179

8.3 某车载LED照明产品热设计实例 181

8.3.1 某H4 LED模组初始散热方案 181

8.3.2 某H4 LED模组热管散热方案 183

8.3.3 某H4 LED模组风扇散热方案 184

8.4 LED照明产品失效性分析 185

8.4.1 LED的失效 185

8.4.2 LED驱动的失效 186

8.4.3 散热系统的失效 186

第 9 章 LED照明产品常见问题解析 187

9.1 环境温度及空气流动对LED照明产品散热的影响 187

9.1.1 热仿真模型 187

9.1.2 环境温度对LED照明产品散热 的影响 188

9.1.3 空气流动对LED照明产品散热 的影响 190

9.1.4 小结 191

9.2 材料导热性对LED照明产品散热 的影响 192

9.2.1 理论分析 192

9.2.2 测试结果 193

9.2.3 小结 195

9.3 LED用PCB的热特性 195

9.3.1 PCB的热特性 196

9.3.2 PCB传热的理论计算 196

9.3.3 数值模拟与理论计算的对比 197

9.3.4 PCB的热特性分析 199

9.3.5 小结 201

9.4 LED照明产品过温保护功能的设定及 其特性 202

9.4.1 LED照明产品过温保护的原理 202

9.4.2 LED照明产品过温保护的设定 方法 203

9.4.3 LED照明产品过温保护的特性 205

参考文献 210