大功率散热器优化设计论文

　　1散热器物理模型的建立
　　大功率LED灯具主要由多孔型灯壳、透光罩、反光器、照明电源、LED灯珠、铝基集成电路以及平板型翅片散热器等组成。根据要求可将其设定为LED灯珠：型号为OSRAMLUW-W5AM，灯珠需要10颗左右，每颗灯珠额定功率为1瓦，电能转化效率设定为80%，在仿真模拟软件中使用二维点光源表示；铝基集成电路板的长宽高结构参数为180mm*92*1.5mm，线路板导热系数设定为200W/(m*k),铜膜覆盖厚度为60μm，导热系数为380W(m*k)；平板型铝翅片散热器：散热器长宽高参数为220mm*130mm*10mm，翅片厚度2mm，翅片间距及高度为：5mm，20mm,外壳导热系数为200W(m*k)。采用Icepak仿真模拟软件进行实验时，工作环境参数定义为自然对流换热模型，且周围介质环境为20 干燥空气。该软件计算域必须足够大，一般情况下计算域选定为：重力反方向上的模型高度定为3倍模型参数，重力方向模型高度定为2倍模型参数，模型侧面结构参数定为0.5倍结构参数，参考模型如图1，利用三维软件设计原理，可从不同层面对数据进行分析检测，实验过程中采用开放型边界条件。
　　2大功率散热器优化设计分析
　　2.1中心组合设计
　　首先采用等效电阻电路的处理方法，对散热器三个结构参数进行优化设计。三个结构参数分别为：翅片高度20mm；翅片间距6mm；翅片厚度2mm，然后根据CentralComposite设计原理对三个结构参数对散热器散热效果的影响，得出以下实验因素水平编码值表：表格中：r表示各结构参数与中心点的间距。
　　2.2数学模型优化设计
　　运用DesignExpert8.06，可计算出散热器三个结构参数对于散热效果的响应值，最后得出下列方程式：上述方程中：xi、xj为变量编码值；b0、bi、bji、bii,为计算系数；p为变量代号。
　　2.3散热器翅片结构参数最佳值确定
　　根据二次相应曲面模型计算方法求得二次相应面的`对应方程的稳定取值点：利用上式可将回归方程换算为矩阵的形式：然后利用求导法则对上式进行求导可得：求得驻点即各结构参数的最佳值：假如在实际取值范围内无法求得驻点，即中心组核试验确定的响应面图形为近似板型，此时需要对考虑边界条件确定最佳值点。
　　3结语
　　本设计主要是对大功率LED灯具散热器的核心部件：灯珠、铝基集成电路板、平板翅型散热器，采用中心组合法对翅片散热系统结构参数进行优化设计：得出散热器的三个响应因子为翅片高度、间距及厚度，响应值为散热器工作温度；通过实验计算得出散热器的工作温度值，然后在利用DesignExpert8.06软件响应面分析程序对实验结果进行回归拟合，得出影响散热器散热性能的结构参数按主次顺序为：翅片高度>翅片间距>翅片厚度；3个响应因子的最佳结构组合为：翅片高度23．50mm，翅片间距6．05mm，翅片厚度1．32mm，在此条件下，散热器温度为45.2822 。