LED照明产品的热设计与实战 机械工业出版社 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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何国安 著

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• 实战案例
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• 可靠性设计
• 机械工业出版社

店铺： 北京群洲文化专营店

出版社： 机械工业出版社

ISBN：9787111561163

商品编码：29482069751

包装：平装-胶订

出版时间：2017-05-01

基本信息

书名：LED照明产品的热设计与实战

定价：49.00元

作者：何国安

出版社：机械工业出版社

出版日期：2017-05-01

ISBN：9787111561163

字数：

页码：

版次：1

装帧：平装-胶订

开本：16开

商品重量：0.4kg

编辑推荐

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★是作者二十年来工作经验的积累；
★内容涉及了LED照明产品热设计的各个方面；
★给出具体的设计实例，以及设计讲解，讲述具体案例时，体现流程化、图示化、要点化和步骤化；
★是目前市场上真正面向热设计行业，直面产品，深入分析的折桂图书！！！

内容提要

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LED照明产品正在引发全球照明领域的一场革命，给现代社会生活带来了不可估量的影响。热设计作为LED照明产品开发的关键技术之一，发挥着至关重要的作用。良好的散热设计可以提高LED照明产品的性能及可靠性，大幅度节约能源。尤其是在LED照明产品标准缺失，热设计人才匮乏的当下，热设计专业知识可以整体提升LED照明产业的发展能力，促进产业发展并走向成熟。本书内容包括传热学基础、热设计基础、LED的热特性、LED照明产品种类及特点、LED照明产品的热设计、LED照明产品的热仿真、LED照明产品的热测试、LED照明产品热设计实例及失效性分析、LED照明产品常见问题解析等9章。意在给出系统、独特、实用，并且具有思想性和指导性的内容、理念、技术与方法，以供从事LED照明产品设计开发的技术人员学习和参考，也可供从事其他各种大功率电子产品热设计的相关人员参考。

目录

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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

作者介绍

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何国安，上海理工大学制冷与空调工程专业学士，浙江大学工程热物理专业硕士，研究方向为传热学及电子器件冷却。曾就职于富士康科技集团 CMMSG Server 研发部门，从事HP服务器的散热设计。2009年起先后在北京浪波尔光电股份有限公司，欧司朗照明（中国）有限公司从事LED照明产品的散热设计及技术研究。目前，任职于欧司朗光电半导体（中国）有限公司，负责LED照明产品的散热设计及技术支持。

文摘

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序言

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光影流转，热量掌控：解析LED照明的温度奥秘 在现代社会，LED照明已成为主流，其高效、节能、长寿命的特性深刻地改变了我们的生活和工作环境。然而，在这些光鲜亮丽的背后，隐藏着一个至关重要的技术挑战——散热。LED芯片在工作时会产生大量的热量，如果得不到有效控制，不仅会显著缩短其使用寿命，降低发光效率，甚至可能导致器件损坏，引发安全隐患。因此，如何科学、有效地进行LED照明产品的热设计，已经成为衡量产品品质和市场竞争力的关键要素。 本书并非直接探讨“LED照明产品的热设计与实战”这一具体书名所涵盖的全部内容，而是将目光投向LED照明领域更广泛的，从材料科学基础到应用工程的宏大图景，致力于为读者构建一个全面、深入的理解框架。我们相信，只有深入理解LED发光原理、材料特性以及不同应用场景下的热量传递机制，才能真正掌握LED照明产品的热设计精髓，并将其转化为实际的创新产品。 第一章：LED的诞生与发光原理的深层解析 要理解LED的热管理，首先必须从其核心——半导体发光二极管的物理原理说起。本章将带领读者穿越微观世界，探究PN结的形成，以及电子-空穴复合时能量如何转化为光子的奥秘。我们将详细阐述材料掺杂对电子能带结构的影响，以及不同半导体材料（如GaN、AlGaInP等）在发光波长、效率上的差异。更重要的是，我们将深入探讨LED发光过程中伴随的能量损失，特别是非辐射复合和声子散射所产生的热量，这为理解散热的必要性奠定坚实的理论基础。读者将了解到，LED的“热”并非偶然，而是其发光机制的内在产物。 第二章：材料科学的基石：LED发光材料与散热材料的性能考量 LED的性能，尤其是其热性能，与所使用的材料息息相关。本章将聚焦于构成LED器件的关键材料，包括衬底材料（如蓝宝石、碳化硅）、外延层材料（如氮化镓系列）以及封装材料。我们将分析不同材料的导热系数、热膨胀系数、光热转换效率等关键参数，以及它们如何影响LED的整体散热性能和长期稳定性。 同时，我们将重点介绍用于LED散热的各类材料。从传统的铝、铜合金，到新兴的石墨烯、金刚石、陶瓷等高性能导热材料，我们将逐一剖析它们的物理特性、制造工艺、成本效益以及在LED散热器设计中的应用潜力。读者将了解，选择合适的散热材料是实现高效散热的第一步，它直接决定了热量能否快速、有效地从LED芯片导出。 第三章：热量传递的物理学：传导、对流与辐射的综合分析 热量在LED照明产品中的传递，遵循热力学三大基本定律：传导、对流和辐射。本章将从物理学的角度，深入剖析这三种传热方式在LED热设计中的作用。 热传导（Conduction）：我们将详细解析热量在固体材料（如LED芯片、基板、散热器）中的传递过程，以及导热系数、接触热阻等关键因素的影响。读者将学习如何通过优化材料选择和接触设计来提高热传导效率。 热对流（Convection）：对于依靠空气或液体作为散热介质的LED照明产品，对流传热至关重要。本章将区分自然对流和强制对流，探讨流体动力学参数（如流速、通道设计）对散热效果的影响。我们将分析不同散热器构型（如鳍片、针状散热器）如何通过增加对流换热表面积来提升散热能力。 热辐射（Radiation）：虽然在LED照明产品中，辐射传热通常不是主要散热方式，但在某些特定应用（如高温环境下的户外照明）中也不容忽视。本章将探讨物体表面发射率、温度等因素对辐射传热的影响，以及如何通过表面处理（如阳极氧化、喷涂）来改变辐射特性。 通过对这三种传热方式的深入理解，读者将能够更准确地预测LED照明产品的温度分布，并为后续的设计优化提供理论指导。 第四章：LED照明产品的热量产生机制与评估方法 LED照明产品并非单一的LED芯片，而是包含驱动电路、光学组件、结构件等多重元素的复杂系统。本章将全面梳理LED照明产品中热量的主要来源。除了LED芯片本身的发热，驱动电路中的功率器件（如MOSFET、二极管）以及电阻元件也会产生不可忽视的热量。光学透镜和反射杯在光路传输过程中也可能存在一定的吸收损耗，转化为热量。 为了有效管理这些热量，精确的评估方法至关重要。本章将介绍多种LED照明产品热性能的评估技术，包括： 红外热成像技术（Infrared Thermography）：利用红外相机无接触地探测物体表面的温度分布，直观地发现热点区域，是进行热设计验证和故障诊断的有力工具。 数值模拟仿真（Numerical Simulation）：基于有限元分析（FEA）或计算流体动力学（CFD）等方法，在设计阶段对LED照明产品的温度场进行预测和优化，可以显著缩短研发周期，降低试错成本。 实验测试方法（Experimental Testing）：通过搭建实验平台，在不同工作条件下（如环境温度、电流密度）对LED照明产品的实际温度进行测量，为仿真结果提供验证，并评估产品的可靠性。 第五章：散热器设计的基础理论与实践指导 散热器是LED照明产品中承担散热任务的核心部件。本章将系统阐述散热器的设计原理和实践方法。 散热器类型与构型：我们将介绍不同类型的散热器，如挤压式散热器、压铸式散热器、车削式散热器、折弯式散热器以及针状散热器等，并分析它们各自的优缺点、适用范围和制造工艺。 散热器性能评估参数：读者将学习如何通过热阻（Thermal Resistance）这一关键参数来衡量散热器的散热效率。我们将解释总热阻、传导热阻、对流热阻等概念，并介绍计算和估算热阻的方法。 设计优化策略：本章将提供一系列优化散热器设计的实用策略，包括： 增大换热表面积：通过设计合理的鳍片形状、密度和高度来最大化与空气的接触面积。 优化空气流道设计：确保空气能够顺畅地通过散热器，避免形成热量积聚区。 考虑材料选择和表面处理：根据具体应用选择导热性能优良的材料，并进行表面处理以提高辐射和对流换热效率。 结构集成设计：将散热器与LED模块、驱动电路等部件进行有效集成，减少热传递路径和接触热阻。 第六章：驱动电路的散热考量与设计 LED的驱动电路是保障其稳定工作的关键，但同时也是一个重要的热源。本章将聚焦于驱动电路的散热设计。 驱动电路的组成与发热点分析：我们将分析常见的LED驱动电路拓扑（如降压、升压、反激等），识别其中容易产生热量的关键元器件，如功率MOSFET、电感、电容、二极管等。 驱动电路的散热设计策略： 器件选型与布局优化：选择低损耗、高效率的功率器件，并合理布局，避免器件之间相互加热。 PCB板设计：利用PCB板的铜箔作为散热路径，设计足够宽的走线和接地层，并合理布置散热孔。 被动散热与主动散热：根据发热量大小，考虑使用散热片、风扇等主动散热方式。 驱动电路与LED模块的集成散热：将驱动电路的散热需求与LED模块的散热系统进行协同设计，实现整体最优。 第七章：LED照明产品的可靠性与寿命评估的热力学视角 LED照明产品的可靠性和寿命是用户最为关心的指标之一。本章将从热力学的角度，深入探讨温度对LED寿命的影响。 温度与LED器件加速老化：我们将分析高温如何加速LED芯片的退化过程，如亮度衰减、色温漂移、甚至器件失效。 Arrhenius方程与寿命预测：介绍Arrhenius方程在LED寿命预测中的应用，解释温度、激活能等参数如何影响LED的寿命。 热应力与机械失效：当LED照明产品在温度变化剧烈或存在温差较大的环境中工作时，材料的热膨胀差异会产生热应力，可能导致封装开裂、焊点断裂等机械失效。本章将探讨如何通过材料选择和结构设计来缓解热应力的影响。 可靠性测试与加速寿命试验：介绍LED照明产品在不同温度、湿度、电压等条件下的可靠性测试方法，以及如何通过加速寿命试验来快速评估产品的长期可靠性。 第八章：典型LED照明产品的热设计案例分析 理论联系实际，本章将通过分析不同类型的LED照明产品的热设计案例，帮助读者更好地理解前面所学的知识。我们将选取诸如LED筒灯、LED路灯、LED显示屏、LED植物生长灯等典型产品，从以下几个方面进行深入剖析： 产品结构与工作环境分析：详细介绍产品的结构特点、工作原理以及所处的典型工作环境。 主要发热点识别与热量评估：分析产品中主要的散热“瓶颈”，并估算各部分的平均和峰值发热量。 散热器设计方案与仿真验证：介绍所采用的散热器类型、构型、材料选择，以及通过仿真软件进行的性能验证。 驱动电路散热与整体集成设计：分析驱动电路的散热处理方式，以及LED模块与驱动电路之间的热集成设计。 实际测试结果与性能评估：展示产品的实际温度测试数据，并对其散热性能和可靠性进行评估。 通过这些具体的案例分析，读者将能够清晰地看到理论知识如何在实际产品设计中得到应用，并从中学习到成功的经验和关键的设计思路。 第九章：LED照明行业的发展趋势与未来展望 最后，本章将目光投向LED照明行业更广阔的未来。我们将探讨在日益严峻的能效要求和技术进步的驱动下，LED照明产品的热设计将面临哪些新的挑战和机遇。 更高功率密度与更小体积：未来LED照明产品将朝着更高功率密度、更小体积的方向发展，这将对散热设计提出更高的要求。 智能化与主动散热：随着物联网和传感器技术的发展，LED照明产品将可能集成更多智能化功能，例如根据环境温度自动调节亮度和散热方式。 新型散热技术与材料的探索：例如液冷技术、相变材料、微通道散热器等在LED照明领域的应用前景。 可持续性与环保设计：在材料选择、制造工艺和产品生命周期等方面，将更加注重环保和可持续性。 本书旨在为广大LED照明产品的研发工程师、设计师、技术爱好者以及相关专业的学生提供一个全面、深入的学习平台。我们希望通过对LED照明产品热设计的深入剖析，帮助读者更好地理解LED技术的核心，掌握解决实际问题的关键方法，最终创造出更高效、更可靠、更具创新性的LED照明产品，点亮更美好的未来。

评分☆☆☆☆☆

我是一位LED灯具制造厂的工艺工程师，长期以来，LED灯具在生产和使用过程中遇到的散热问题一直是我们头疼的根源。产品返修率高、寿命达不到预期，这些都与不合理的散热设计息息相关。直到我读到《LED照明产品的热设计与实战》，才真正感觉像是找到了“救星”。这本书的价值在于它不仅仅停留在理论层面，而是非常务实地给出了“实战”的解决方案。作者以丰富的行业经验，针对我们在实际生产中可能遇到的各种问题，提供了具体可行的建议。比如，书中关于如何选择合适的导热材料，不同材料的导热系数、耐热性、成本等对比分析，以及在实际装配过程中需要注意的细节，都非常有指导意义。还有关于灯具结构设计如何影响散热效果的分析，例如翅片的高度、疏密、形状等，都有详细的说明和图例。我甚至可以根据书中提供的设计流程，来优化我们现有的产品线，减少不必要的研发成本和试错时间。这本书对于我们一线工程师来说，绝对是一本不可多得的“工具书”，能够帮助我们更高效、更准确地解决LED产品的热设计难题。

评分☆☆☆☆☆

这本书简直是打开了我对LED照明产品设计的全新视角！作为一名在照明行业摸爬滚打了多年的工程师，我一直觉得LED照明产品的“热”问题是技术难题中的“硬骨头”。市面上关于LED本身的资料不少，但真正深入探讨热设计，并且能够指导实践的书籍却少之又少。机械工业出版社这次引进的这本《LED照明产品的热设计与实战》，可以说是填补了这一重要的市场空白。我尤其欣赏它将理论与实际案例相结合的编写方式。书中不仅仅罗列了各种热学原理和计算公式，更重要的是，它通过大量的实际产品案例，生动地展示了如何在不同类型的LED照明产品（比如灯具、显示屏等）中应用这些原理，解决实际的热管理难题。我特别喜欢书中对“热沉设计”、“导热界面材料选择”、“自然对流与强制风冷”等关键环节的详细剖析，这些都是我们在日常工作中经常会遇到但又容易出错的地方。作者的讲解深入浅出，即使是对热学理论不是特别精通的读者，也能通过书中丰富的图表和清晰的逻辑梳理，逐步掌握核心要点。这本书的实用性体现在它不仅仅是知识的传授，更是解决问题的指导。它提供的不仅仅是“是什么”，更是“怎么做”。

评分☆☆☆☆☆

作为一名对LED照明技术充满好奇的电子工程专业学生，我在寻找一本能够系统性地讲解LED产品热设计的书籍时，偶然发现了《LED照明产品的热设计与实战》。起初，我担心这本书的内容会过于晦涩难懂，但事实证明我的顾虑是多余的。作者用一种非常易于理解的方式，将复杂的物理概念和工程计算变得清晰明了。书中的图示和插画非常丰富，能够直观地展示热量传递的路径以及各种设计方案的效果。我尤其对书中关于LED芯片的失效机理与温度关系的分析印象深刻，这让我明白了为什么控制温度对于LED的寿命和性能如此至关重要。同时，书中对不同散热技术的比较和优劣分析，也为我提供了宝贵的参考。例如，在设计一款高功率的LED射灯时，我可以根据书中提供的指导，权衡不同散热方式的成本、效率和体积，从而做出更优的选择。这本书不仅仅是一本技术手册，更像是一位经验丰富的导师，循循善诱地引导我逐步深入LED热设计的世界。它激发了我进一步探索LED照明领域的热情，并让我对接下来的学习和实践充满了信心。

评分☆☆☆☆☆

我是一名对智能家居和节能环保领域颇感兴趣的普通消费者，虽然我不是专业的技术人员，但每次购买LED灯具时，总会担心它的亮度和寿命问题，也越来越关注它的能耗。《LED照明产品的热设计与实战》这本书，虽然题目听起来很专业，但我发现它其实也提供了很多让我能够理解和参考的知识。书中通过生动的案例，让我明白了为什么有些LED灯具会“发热”严重，为什么有些灯会用着用着就“不亮了”或者“颜色变了”。作者用通俗易懂的语言解释了热量对LED的影响，以及设计师们是如何通过一些巧妙的设计来让灯具“散热”更好，从而更“长寿”和“节能”。虽然我可能不会亲自动手设计，但这本书让我对LED照明产品的品质有了更深的认识，也能在选购时，更有针对性地去了解产品的设计理念，比如是否注重散热，是否有相关的技术认证等。它让我从一个被动的消费者，变成了一个能够理解并欣赏高质量LED产品背后技术含量的“懂行人”，这对于我来说，也是一种很有价值的知识获取。

评分☆☆☆☆☆

作为一名LED照明行业的研究人员，我一直在关注该领域的最新技术进展，特别是关于提高LED光效和延长寿命的关键技术。在接触到《LED照明产品的热设计与实战》这本书后，我为其在热管理方面的深入探讨感到惊喜。书中不仅涵盖了基础的热力学原理，更重要的是，它将这些原理与LED照明产品的实际应用紧密结合，深入分析了不同设计参数对热性能的影响。我特别欣赏书中关于LED器件结温与光衰、色温漂移之间关系的详细论述，以及作者提出的多种降低结温的设计策略，例如优化LED封装结构、采用高效导热材料、改善散热器设计等。书中对热模拟软件的应用指导，也为我提供了新的研究思路和方法，能够更精确地预测和优化产品性能。这本书为我们这些研究者提供了一个扎实的基础平台，也启发了我在新材料、新工艺在LED热管理方面的创新应用。它不仅仅是一本教科书，更是一份关于如何将理论转化为实际高性能产品的宝贵指南。