熱設計便是采用適當可靠的方法控製産品內部所有電子元器件的溫度,使其在所處的工作環境條件下不超過穩定運行要求的溫度,以保證産品正常運行的安全性,長期運行的可靠性。此外,低溫環境下控製加熱量而使設備啓動也是熱可靠性的重要內容。
★作者二十年來工作經驗的積纍;
★涉及瞭LED照明産品熱設計的各個方麵;
★給齣具體的設計實例,以及設計講解,講述具體案例時,體現流程化、圖示化、要點化和步驟化;
★目前市場上真正麵嚮熱設計行業,直麵産品,深入分析的摺桂圖書!!!
LED照明産品正在引發全球照明領域的一場革命,給現代社會生活帶來瞭不可估量的影響。熱設計作為LED照明産品開發的關鍵技術之一,發揮著至關重要的作用。良好的散熱設計可以提高LED照明産品的性能及可靠性,大幅度節約能源。尤其是在LED照明産品標準缺失,熱設計人纔匱乏的當下,熱設計專業知識可以整體提升LED照明産業的發展能力,促進産業發展並走嚮成熟。本書內容包括傳熱學基礎、熱設計基礎、LED的熱特性、LED照明産品種類及特點、LED照明産品的熱設計、LED照明産品的熱仿真、LED照明産品的熱測試、LED照明産品熱設計實例及失效性分析、LED照明産品常見問題解析等9章。意在給齣係統、獨特、實用,並且具有思想性和指導性的內容、理念、技術與方法,以供從事LED照明産品設計開發的技術人員學習和參考,也可供從事其他各種大功率電子産品熱設計的相關人員參考。
何國安,上海理工大學製冷與空調工程專業學士,浙江大學工程熱物理專業碩士,研究方嚮為傳熱學及電子器件冷卻。曾就職於富士康科技集團 CMMSG Server 研發部門,從事HP服務器的散熱設計。2009年起先後在北京浪波爾光電股份有限公司,歐司朗照明(中國)有限公司從事LED照明産品的散熱設計及技術研究。目前,任職於歐司朗光電半導體(中國)有限公司,負責LED照明産品的散熱設計及技術支持。
目錄
序言
第1章 傳熱學基礎 1
1.1 傳熱學概述
1.1.1 溫度
1.1.2 熱量
1.1.3 傳熱方式
1.2 導熱
1.2.1 導熱及導熱定律
1.2.2 一維導熱及通過平闆的導熱
1.2.3 導熱設計
1.3 對流
1.3.1 流體流動的兩種形態
1.3.2 熱對流及對流傳熱
1.3.3 對流傳熱公式及錶麵傳熱係數
1.3.4 邊界層
1.3.5 對流傳熱的強化
1.4 自然對流傳熱的實驗關聯式
1.4.1 自然對流傳熱概述
1.4.2 大空間自然對流傳熱的實驗 關聯式
1.4.3 有限空間自然對流傳熱的實驗 關聯式
1.5 熱輻射
1.5.1 熱輻射及物體錶麵的發射率
1.5.2 輻射傳熱的計算
1.5.3 輻射傳熱係數及復閤傳熱係數
1.5.4 熱輻射強化
1.6 熱阻
1.6.1 熱阻概述
1.6.2 熱阻抗
1.6.3 接觸熱阻
1.6.4 擴散熱阻
第2章 熱設計基礎 30
2.1 熱設計概述
2.1.1 熱設計的必要性
2.1.2 熱設計的幾個概念
2.1.3 熱設計的層次
2.1.4 熱設計的原則
2.1.5 熱設計的思路
2.1.6 熱設計的流程
2.2 常用的散熱技術
2.2.1 空氣冷卻:自然對流冷卻和強製 對流冷卻
2.2.2 液體冷卻:直接液體冷卻和間接 液體冷卻
2.2.3 射流衝擊冷卻
2.2.4 相變冷卻
2.2.5 熱管傳熱
2.2.6 微通道技術
2.2.7 製冷
2.2.8 復閤冷卻係統
2.3 散熱新技術
2.3.1 液態金屬冷卻技術
2.3.2 離子風冷卻技術
2.3.3 閤成射流散熱技術
2.3.4 鏇轉散熱片技術
2.3.5 納米散熱技術
2.4 PCB的熱設計
2.4.1 PCB選材
2.4.2 PCB布綫
2.4.3 元器件的排布
2.5 散熱片的設計
2.5.1 散熱片的成型方式
2.5.2 肋片效率
2.5.3 散熱片的設計參數
2.5.4 自然對流散熱片的結構設計
2.5.5 強製對流散熱片的結構設計
2.6 風扇
2.6.1 風扇的類型
2.6.2 風扇的軸承和葉片
2.6.3 風扇的特性麯綫
2.6.4 風扇的轉速
2.6.5 風扇的使用:抽風與吹風
2.6.6 風扇的噪聲
第3章 LED的熱特性 62
3.1 照明術語及LED概述
3.1.1 照明術語
3.1.2 LED概述
3.2 LED的封裝
3.2.1 LED封裝概述
3.2.2 LED封裝類型
3.2.3 LED封裝技術
3.3 LED的熱阻
3.3.1 LED熱阻的概念
3.3.2 LED熱阻的環節
3.3.3 大功率LED理論熱阻的計算
3.4 LED熱阻的測量
3.4.1 穩態法測量LED的標稱熱阻
3.4.2 瞬態法測量LED的實際熱阻
3.4.3 多晶片LED熱阻的測量
3.5 LED的發光效率及發熱量
3.5.1 LED的發光效率
3.5.2 LED的發熱量
3.6 溫度對LED的影響
3.6.1 溫度過高會對LED造成永久性破壞
3.6.2 溫度升高會縮短LED的壽命
3.6.3 溫度升高會降低LED的發光效率
3.6.4 溫度對LED光色的影響
3.6.5 溫度對LED正嚮電壓的影響
3.6.6 溫度過高會限製LED的最大注入電流
3.7 LED的壽命預測
3.7.1 LED壽命測試方法
3.7.2 LED壽命預測模型
附錄 陶瓷基闆的分類
第章 LED照明産品種類及特點 91
4.1 燈具及LED照明産品
4.1.1 燈具及其分類
4.1.2 LED照明産品
4.2 LED照明産品的特點
4.2.1 LED室內照明産品
4.2.2 LED戶外照明産品
4.2.3 LED特種照明産品
4.2.4 LED車燈
4.3 LED照明産品的發展方嚮
4.3.1 模塊化
4.3.2 散熱設計
4.3.3 光學及照明設計
4.3.4 驅動
4.3.5 智能控製
附錄 相關LED照明産品數據
第5章 LED照明産品的熱設計 107
5.1 LED照明産品的熱阻分析
5.1.1 LED照明産品的熱流通路
5.1.2 LED照明産品的熱阻網絡
5.2 LED照明産品的熱阻控製
5.2.1 減小LED封裝熱阻
5.2.2 減小接觸熱阻
5.2.3 減小擴散熱阻
5.2.4 減小導熱熱阻
5.2.5 減小對流傳熱熱阻
5.2.6 減小輻射傳熱熱阻
5.3 LED照明産品常用的散熱方式
5.3.1 自然對流散熱
5.3.2 熱管輔助傳熱
5.3.3 風扇強製對流散熱
5.3.4 閤成射流散熱
5.4 LED照明産品常用的導熱材料
5.4.1 LED係統綫路闆
5.4.2 散熱片材料
5.4.3 熱界麵材料
5.4.4 電子灌封材料
5.4.5 其他導熱材料
5.5 LED照明産品驅動的散熱
5.5.1 LED驅動的分類
5.5.2 LED驅動的散熱
第6章 LED照明産品的熱仿真 129
6.1 熱仿真概述
6.1.1 熱仿真的原理
6.1.2 熱仿真的特點
6.1.3 熱仿真的過程
6.2 流體流動與傳熱的控製方程
6.2.1 連續性方程
6.2.2 流體運動微分方程
6.2.3 雷諾方程
6.2.4 k-ε方程
6.2.5 能量方程
6.2.6 通用微分方程
6.3 控製方程離散化方法
6.3.1 有限差分法
6.3.2 有限元法
6.3.3 有限體積法
6.3.4 有限分析法
6.4 網格
6.4.1 網格分類
6.4.2 網格選用
6.5 LED照明産品熱仿真軟件
6.5.1 CFD軟件分類
6.5.2 FloEFD簡介
6.5.3 FloEFD的基本操作
6.5.4 FloEFD的常見問題
6.6 LED照明産品熱仿真方法及案例分析
6.6.1 某LED吸頂燈散熱方案預測
6.6.2 某LED射燈散熱片的優化
第7章 LED照明産品的熱測試 151
7.1 熱測試概述
7.1.1 熱測試的目的
7.1.2 熱測試的內容
7.1.3 熱測試項目及設備
7.2 熱電偶
7.2.1 熱電偶測溫原理
7.2.2 熱電偶的特性
7.2.3 熱電偶分度號
7.2.4 熱電偶的使用
7.2.5 熱電偶焊接機
7.3 熱像儀
7.3.1 紅外測溫原理
7.3.2 熱像儀的概述
7.3.3 熱像儀的使用
7.4 LED照明産品熱測試的特點
7.4.1 LED照明産品熱測試的目的
7.4.2 LED照明産品熱測試的注意 事項
7.4.3 LED照明産品熱測試的環境 要求
第8章 LED照明産品熱設計實例及失效性分析 169
8.1 LED照明産品的開發流程
8.1.1 可行性分析
8.1.2 方案製定
8.1.3 方案驗證
8.1.4 試量産
8.1.5 量産
8.2 某民用LED照明産品熱設計實例
8.2.1 某LED射燈的可行性分析
8.2.2 某LED射燈的方案製定
8.2.3 某LED射燈的方案驗證
8.2.4 某LED射燈的試量産及量産
8.3 某車載LED照明産品熱設計實例
8.3.1 某H4 LED模組初始散熱方案
8.3.2 某H4 LED模組熱管散熱方案
8.3.3 某H4 LED模組風扇散熱方案
8.4 LED照明産品失效性分析
8.4.1 LED的失效
8.4.2 LED驅動的失效
8.4.3 散熱係統的失效
第9章 LED照明産品常見問題解析 187
9.1 環境溫度及空氣流動對LED照明産品散熱的影響
9.1.1 熱仿真模型
9.1.2 環境溫度對LED照明産品散熱 的影響
9.1.3 空氣流動對LED照明産品散熱 的影響
9.1.4 小結
9.2 材料導熱性對LED照明産品散熱 的影響
9.2.1 理論分析
9.2.2 測試結果
9.2.3 小結
9.3 LED用PCB的熱特性
9.3.1 PCB的熱特性
9.3.2 PCB傳熱的理論計算
9.3.3 數值模擬與理論計算的對比
9.3.4 PCB的熱特性分析
9.3.5 小結 201
9.4 LED照明産品過溫保護功能的設定及 其特性
9.4.1 LED照明産品過溫保護的原理
9.4.2 LED照明産品過溫保護的設定 方法
9.4.3 LED照明産品過溫保護的特性
參考文獻 210
美國科銳(Cree)公司在“Lighting Fair 2013”照明技術展上,展齣瞭發光效率高達 208lm/W的白色LED産品“Cree XLamp MK-R”,2013年2月科銳宣布開發齣瞭發光效率 為276lm/W的LED,2014年3月科銳宣布白光功率型LED實驗室光效達到303lm/W。
隨著LED的功率、發光強度和發光效率大幅度提高,LED作為新型照明光源在市場中的份額逐漸提高,給現代社會生活帶來瞭不可估量的影響,正在引發一場全球照明領域的革命。
國傢半導體照明工程研發及産業聯盟産研部(CSA Research)公布的數據顯示,2015年,我國半導體照明産業整體規模達到4245億元人民幣,較2014年增長21%。其中,上遊芯片産值約為151億元,較2014年增長約10%;中遊封裝産值達到615億元,較2014年增長30%以上;下遊應用産值達到3479億元,較2014年增長接近22%。並且,LED通用照 明仍然是市場發展的最主要推動力,産值達1552億元,增長率為32.5%,滲透率超過30%,占應用市場的比重也由2014年的41%,增加到2015年的45%。
LED照明産品應用的趨勢已定,應用範圍不斷擴大。隨之,LED照明産品的各種技術問題也日益凸顯並受到越來越多的重視,散熱問題就是其中之一。
LED的發熱量大,並且是溫度敏感器件。溫度升高會影響LED的壽命、光效、光色、色溫、光形,以及正嚮電壓、最大注入電流等光度、色度和電氣參數及可靠性等。因此,熱設計(散熱設計)是LED照明産品開發的關鍵技術之一,良好的散熱設計有助於改善LED照明産品的性能,提高産品的可靠性。LED照明産品的熱設計,屬於電子産品熱設計的範疇。但是,與其他電子産品相比,LED照明産品的熱設計具有一些自己的特點。例如,首先,LED照明産品種類繁多、結構 形式多樣、使用場閤復雜多變,其熱設計一定要充分考慮各種産品的特點。其次,LED照 明産品的熱設計要兼顧LED和驅動(電子元器件)兩部分,隻有同時控製好LED芯片和電子元器件的溫度,纔能實現LED照明産品長壽命的優勢。再次,LED照明産品屬於消費品並且具有壽命長的優點,熱設計方案要力求簡單、可靠、成本低。最後,LED照明産品的散熱片往往是産品結構的一部分,其熱設計與結構設計及外觀設計的關係更為緊密。
本書內容包括傳熱學基礎、熱設計基礎、LED的熱特性、LED照明産品種類及特點、LED照明産品的熱設計、LED照明産品的熱仿真、LED照明産品的熱測試、LED照明産品熱設計實例及失效性分析、LED照明産品常見問題解析等9章。意在給齣係統、獨特、實用,並且具有思想性(思路及思考方法)和指導性的內容、理念、技術與方法,以供從事 LED照明産品設計開發的技術人員,如熱學、結構、電子、光學工程師學習和參考,也可供從事其他各種大功率電子産品熱設計的相關人員參考。
由於時間倉促、水平有限,書中錯誤之處在所難免,敬請指正。
何國安
2016年12月
這本書的內容,尤其是其對 LED 照明産品散熱設計的深入探討,可以說是站在瞭行業的前沿。我是一名從事光學設計的工程師,雖然不直接負責熱設計,但LED的結溫對光效、顯色性以及色溫穩定性有著至關重要的影響,所以瞭解熱設計是我的工作不可或缺的一部分。書中關於“熱點”問題的分析尤為精彩,它通過 CFD 模擬和紅外熱像儀的實測數據,清晰地展示瞭 LED 芯片上不同區域的溫度差異,並提齣瞭多層次的散熱解決方案,包括從芯片級、封裝級到燈具級的全方位優化。它強調瞭“熱均衡”的重要性,即如何在保證整體散熱效果的同時,盡量減小內部溫差,從而避免局部過熱導緻的早期失效。我印象特彆深刻的是,書中詳細闡述瞭如何根據 LED 的具體應用場景(例如,室內照明、戶外照明、汽車照明等)來選擇最閤適的散熱方案,並給齣瞭不同方案的優缺點分析和成本效益評估。它還觸及瞭一些跨學科的知識,比如如何通過改變燈具外殼的塗層材料來提高輻射散熱效率,以及如何通過優化驅動電路的散熱設計來避免“熱擊穿”的風險。這本書的深度和廣度,足以讓讀者在 LED 熱設計領域建立起紮實而全麵的認知。
評分最近偶然翻閱瞭這本《LED照明産品的熱設計與實戰》,說實話,作為一名在照明行業深耕多年的工程師,我對市麵上大多數關於 LED 熱管理的書籍都有些“審美疲勞”瞭,無非是那些老生常談的理論和公式。但這本書在一些細節的處理上,著實讓我眼前一亮。它不僅僅是簡單地羅列公式和方法,而是非常深入地剖析瞭 LED 芯片在不同電流密度、不同工作溫度下的失效機理,以及這些微觀變化如何影響到整個燈具的使用壽命和光衰速度。書中關於熱沉設計的部分,特彆強調瞭“協同效應”,即如何通過優化 LED 芯片、PCB 基闆、熱界麵材料和外殼散熱器之間的匹配度,來最大化整體的散熱效率。我最喜歡的是它舉的一個關於“一體化壓鑄散熱器”的設計案例,詳細講解瞭模具設計、材料成分選擇,以及注塑工藝對散熱性能的微妙影響。這本書還大膽地引入瞭一些前沿的熱管理技術,比如“相變材料”在 LED 照明中的應用潛力,以及“微通道散熱”在小尺寸、高功率 LED 封裝中的前景。這些內容雖然可能在短期內不一定能大規模應用,但對於拓寬視野、引領未來技術方嚮具有重要的指導意義。它不是一本“速成手冊”,而是需要讀者靜下心來,細細品味其中的技術精髓。
評分這本書的齣現,無疑填補瞭 LED 照明産品熱設計領域的一個重要空白。對於我這樣一位在高校從事照明技術研究的學者來說,它提供瞭一個非常好的理論與實踐相結閤的範式。書中關於 LED 芯片熱阻的量化分析,以及如何通過“多層級熱管理”來降低整體熱阻的設計思路,都極具創新性。我特彆欣賞它在分析 LED 結溫對光源光品質影響的部分,不僅從物理層麵闡述瞭溫度對發光材料特性的改變,還從應用層麵討論瞭這對照明效果造成的實際影響,例如色溫漂移、顯色指數下降等。書中對於不同熱界麵材料(TIM)的性能評估和選擇標準的詳細介紹,對於優化 LED 封裝和散熱器之間的熱傳遞至關重要。它還探討瞭一些非常具有前瞻性的內容,比如如何利用納米材料來提升散熱器的導熱效率,以及如何通過智能控製係統來動態調整 LED 的工作電流以優化散熱和光效的平衡。這本書的價值在於,它能夠激發讀者對 LED 熱設計進行更深入的思考,並鼓勵他們去探索更高效、更可靠的散熱解決方案。它不僅僅是一本技術手冊,更是一份關於 LED 照明未來發展方嚮的深刻洞察。
評分最近剛入手一本關於 LED 照明産品熱管理的書籍,雖然我關注的是更寬泛的電子産品散熱,但這本書的某些章節和思路還是給我不少啓發。書中對 LED 芯片本身的發熱機製、不同封裝形式的熱阻特性,以及散熱器材料的選擇和設計優化都有非常細緻的講解。尤其讓我印象深刻的是,它不僅僅停留在理論層麵,還列舉瞭大量實際案例,比如不同功率的 LED 燈珠在不同工作條件下的溫度分布模擬圖,以及通過增加翅片麵積、優化風道設計來降低結溫的實際效果對比。雖然我主要做的不是 LED 照明,但這些原理在處理高密度 PCB 散熱、電源模塊散熱時同樣適用。例如,書中提到的熱界麵材料(TIM)的選擇和塗抹技巧,以及如何通過傳導、對流、輻射等方式協同散熱,這些都是通用性很強的知識點。我特彆喜歡它在講解過程中,會深入到材料微觀結構對導熱性能的影響,以及不同錶麵處理工藝(如陽極氧化、噴塗導熱漆)對散熱效率的改變,這些細節對於追求極緻散熱性能的設計師來說非常有價值。這本書的語言風格偏嚮技術性和學術性,但穿插的實戰案例讓內容不會顯得過於枯燥,反而能讓讀者更容易理解抽象的熱力學概念在實際産品中的應用。它也讓我意識到,即使是在一個相對細分的領域,做好熱設計也需要多方麵的知識融閤,包括材料學、流體力學、傳熱學,甚至還有光學和可靠性工程。
評分對於我這種剛入行不久的照明工程師來說,這本書簡直是一本“救命稻草”。之前在學校裏學到的熱力學知識,在實際工作中總是感覺“接地氣”不足,看到復雜的電路闆和密集的LED陣列,常常會為如何有效地散發那惱人的熱量而頭疼。這本書用一種非常直觀的方式,將抽象的傳熱理論轉化為具體的工程實踐。它用大量的圖示和錶格,將不同類型散熱器的導熱性能、散熱係數,以及它們在不同環境溫度下的錶現清晰地呈現齣來。我尤其欣賞它在講解“自然對流散熱”和“強製風冷散熱”時,對風道設計和葉輪選擇的細緻指導,這些都是在實際産品開發中經常會遇到的問題。書中還提供瞭一些常用的熱設計軟件的應用技巧和案例分析,雖然我還沒有機會去實際操作,但通過學習,我大概瞭解瞭如何利用這些工具來進行熱仿真和優化。它還特彆強調瞭“可靠性”的重要性,指齣良好的熱設計不僅能提升産品的性能,更能顯著延長其使用壽命,降低返修率。這本書讓我明白,LED照明産品的成功,絕不僅僅是光效和亮度的比拼,更是一場關於“控溫”的智慧較量。
評分全書涉及內容全麵,電子設備熱測試作為熱設計的主要組成部分,在同類書籍中往往被忽略,本書對於這方麵的內容同樣有所闡述
評分小眾的書,買本先收藏著,,,,,,,,,,,,,,
評分很不錯 已經看瞭一段時間瞭 值得推薦
評分東東已經收到,書山有路勤為徑,學海無涯苦作舟!
評分沒看,不知道怎樣
評分內容有點太簡單,沒有想象中的那麼實用
評分此書很好,簡單的故事道明深刻的技術
評分好用,質量好,下次還會光臨!
評分很全麵的電子産品知識介紹,適閤有一些設計經驗的人看。
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