【正文】 ○1光效高、節(jié)能。 LED 的基本結(jié)構(gòu)是一塊電致發(fā)光的半導(dǎo)體材料，放置在一個有引線的架子上，然后四周用環(huán)氧樹脂密封，起到保護內(nèi)部芯線的作用，所以 LED 的抗振性能好。 LED 能實現(xiàn)較完美的調(diào)光功能。 LED 路燈發(fā)出的是白色光，顯色指數(shù)達(dá) 85 以上，與陽光 (顯色指數(shù) 100)相差不多，色彩更真實，也不存在危害性的紫外光線和紅外光線，不吸引昆蟲。且光場區(qū)亮度分布均勻，光線柔和，有效減少駕駛員眼睛疲勞，使駕駛更安全。 LED 的響應(yīng)時間只有幾十納秒，遠(yuǎn)快于白熾燈、氣體放電燈等光源，且大功率 LED 路燈通電即達(dá)到正常亮度，無開燈延時現(xiàn)象。 ○ 9優(yōu)良的散熱性能。 LED 的發(fā)光體芯片尺寸很小，在進行燈具設(shè)計時基本上可以把它看做點光源，可按點光源光通量分布模型計算，比較簡單。這樣既可提高能源利用率，又可節(jié)約成本，還可改善系統(tǒng)可靠性。 2. LED 路燈的缺點 LED 功率低。 。 的光衰問題 。而大量高效、節(jié)能、環(huán)保的新型 LED 路燈的發(fā)展是符合全球節(jié)能環(huán)保的綠色大潮流，也符合我國十二五規(guī)劃中提到的低碳生活。 1988 年， 的 Pro/ENGINEER 誕生了。 Pro/ENGINEER 還提供了目前所能達(dá)到的最全面、集成最緊密的產(chǎn)品開發(fā)環(huán)境。全相關(guān)性鼓勵在開發(fā)周期的任一點進行修改，卻沒有任何損失，并使并行工程成為可能，所以能夠使開發(fā)后期的一些功能提前發(fā)揮其作用。 、加工、制造以及其它學(xué)科都使用這些領(lǐng)域獨特的特征。數(shù)據(jù)管理模塊的開發(fā)研制，正是專門用于管理并行工程中同時進行的各項工作，由于使用了Pro/ENGINEER 獨特的全相關(guān)性功能，因而使之成為可能。 pro/E 的特點與功能 Pro/Engineer 是一套由設(shè)計至生產(chǎn)的機械自動化軟件，是新一代的產(chǎn)品造型系統(tǒng)，是一個參數(shù)化、基于特征的實體造型系統(tǒng)，并且具有單一數(shù)據(jù)庫功能。所謂單一數(shù)據(jù)庫，就是工程中的資料全部來自一個庫，使得每一個獨立用戶在為一件產(chǎn)品造型而工作，不管他是哪一個部門的。這一優(yōu)點，使得設(shè)計更優(yōu)化，成品質(zhì)量更高，產(chǎn)品能更好地推向市場，價格也更便宜。這種功能使得修改更為方便和可令設(shè)計優(yōu)化更趨完美。 Pro/Engineer 功能如下： 1． 特征驅(qū)動（例如：凸臺、槽、倒角、腔、殼等）； 第三章 設(shè)備必備軟件介紹 15 2． 參數(shù)化（參數(shù) =尺寸、圖樣中的特征、載荷、邊界條件等）； 3． 通過零件 的特征值之間，載荷 /邊界條件與特征參數(shù)之間（如表面積等）的關(guān)系來進行設(shè)計。 EFDpro 概述 FloEFDpro 是 無縫嵌入 proe 環(huán)境的工程化的流體 /傳熱分析件 .EFDpro基于與傳統(tǒng) CFD 軟件相同的理論基礎(chǔ) , 但是卻提供全新的應(yīng)用思想； ○ 無縫集成 Pro/ENGINEER ○2 .直接應(yīng)用 Pro/ENGINEER 模型 ○3 .自動探測固體之外的流體區(qū)域 1. FloEFD 的優(yōu)勢： ○1 .FloEFD 有 強大的求解能力 ○2 . 工程化用戶界面 ○3 .智能矩形化自適應(yīng)網(wǎng)格生成 ○4 . 修正的壁 面函數(shù) ○5 .層流 過渡 湍流模擬 ○6 .自動判定層流區(qū) ,過渡區(qū) , 湍流區(qū) ,無需指定流動特征 ○7 .自動收斂控制 :收斂性非常強，求解可靠 一次求解成功 . ○8 . “ WhatIf” 分析 16 新型太陽能路燈熱分析與結(jié)構(gòu)設(shè)計 ○9 .支持多 CPU 分析的多設(shè)計方案 ,同時可以對結(jié)果進行分析比較 ,選擇優(yōu)勢設(shè)計方案 2..典型電子系統(tǒng)設(shè)計所需材料 . ： Alloys, Ceramics, Glasses amp。太陽能電池板是在有陽光時用來產(chǎn)生電能的，發(fā)電功率要根據(jù)照明用電的功率和照明時間來計算。 ③太陽能充電控制器。它的功能有三個： ●完成 LED 的恒流驅(qū)動控制，便流過 LED 的電流不隨蓄電池的電壓變化。 ○5 LED 照明燈。 ○ 1太陽能供電系統(tǒng)在哪個地區(qū)使用、該地日光輻射情況，以及太陽能 LED 路燈 使用地的經(jīng)度與緯度。 ③太陽能 LED 路燈每天晚上工作的時間 (h)。確定兩個連續(xù)陰雨天之間的間隔天數(shù) D，這是決定系統(tǒng)在一個連續(xù)陰雨天過后充滿蓄電池所需要的電池組件功率。為了與太陽能電池匹配，要求蓄電池工作壽命長且維護簡單 。 20 新型太陽能路燈熱分析與結(jié)構(gòu)設(shè)計 太陽能電池和蓄電池容量的組合，既是在保證路燈負(fù)載可靠性需要的前提下，確定使用最少的太陽能電池組件和蓄電池容量，以最優(yōu)化設(shè)計達(dá)到可靠性和經(jīng)濟性的最佳結(jié)合。 如 12： V/lOAh 的蓄電池充滿電后，可供 l2V/IOW 的燈工作 8h。如果用 40W 燈照明，那能用 2h。在特殊氣候條件下，蓄電池允許放電達(dá)到蓄電池所剩容量占正常額定容量的 20%。一般在選蓄電池容量時，只要蓄電池容量大于太陽能電池組件峰值電流的 25 倍，則蓄電池在充電時就不會造成失水。 控制器選擇及太陽能電池組件支架的抗風(fēng)設(shè)計 1. 控制器選擇 控制器是整個路燈系統(tǒng)中充當(dāng)管理的關(guān)鍵部件，它的最大功能是對蓄電池進行全面的管理，好的控制器應(yīng)當(dāng)根據(jù)蓄電池的特性，設(shè)定各個關(guān)鍵參數(shù)點，比如蓄電池的過充點、過放點、恢復(fù)連接點等。在選用器件上，目前有采用微處理器的，也有采用比較器的，方案較多，各有特點和優(yōu)點，應(yīng)該根據(jù)需求特點選定相應(yīng)的方案。若抗風(fēng)系數(shù)選定為 27m/s (相當(dāng)于十級臺風(fēng) )，根據(jù)非黏性流體力學(xué)，太陽能電池組件承受的風(fēng)壓只有 365Pa。 (2)路燈燈桿的抗風(fēng)設(shè)計 22 新型太陽能路燈熱分析與結(jié)構(gòu)設(shè)計 若路燈的參數(shù)為：電池板傾角 A =160；燈桿高度 = 5m。燈桿破壞面抵抗矩 W 的計算點 P 到燈桿受到的電池板作用荷載 F 作用線的距離為 。所以： M 二 = 949 =l466N + 錯誤 !未找到引用源。所以，設(shè)計選取的焊縫寬度滿足要求，只要焊接質(zhì)量能保證，燈桿的抗風(fēng)是沒有問題的。對于某些應(yīng)用，存在現(xiàn)成的照明標(biāo)準(zhǔn)，可以直接確定要求。設(shè)計目標(biāo)應(yīng)根據(jù)應(yīng)用照明需求而定。 2. 估計光學(xué)系統(tǒng)、熱系統(tǒng)和電氣系統(tǒng)的效率 設(shè)計目標(biāo)會對光學(xué)、熱和電氣 系統(tǒng)產(chǎn)生限制，根據(jù)這些限制對各系統(tǒng)的效率進行估計，將照明目標(biāo)；和系統(tǒng)效率結(jié)合起來，就能確定照明需要的 LED 數(shù)量。因 LED 的光通量依賴于多種因素，包括驅(qū)動電流和結(jié)溫。次級光學(xué)器件是不屬于 LED 本身的所有光學(xué)系統(tǒng)，如 LED上的透鏡或擴散片。 ②燈具內(nèi)的光損失。 3. 計算需要的 LED 數(shù)量 ( 1)實際需要的流明量 24 新型太陽能路燈熱分析與結(jié)構(gòu)設(shè)計 根據(jù)設(shè)計目標(biāo)和估計的損失程度，可以計算滿足設(shè)計目標(biāo)的 LED 數(shù)量。因增加工作電 流，則各 LED 的光輸出會變大，因而減少了所需的 LED 數(shù)量 σ 而增加工作電流的同時也帶來多個缺點： ○ 1 功效降低。 根據(jù)應(yīng)用的不同，在設(shè)計中 LED 使用壽命和功效是應(yīng)優(yōu)先考慮的設(shè)計目標(biāo)，以 XLampXRE數(shù)據(jù)手冊所列的最小工作電流 (350mA)工作，可最大限度提高 LED功效并延長使用壽命。根據(jù)此最小光通量來設(shè)計，可確保滿足設(shè)計目標(biāo)要 求。由于每只 LED 都是一個照明光源，比傳統(tǒng)照明的使用壽命要長許多，因此 LED 可以與新型和非常規(guī)設(shè)計元件一起集成到照明系統(tǒng)中 ?，F(xiàn)有 CFL 燈具的角度和 LED 的角度非常相似，因此，若選擇不使用次級光學(xué)器件，可使成本最低，并且系統(tǒng)光損失最小。 ③不是每只 LED 都使用一個光學(xué)器件，整個 LED 陣列可以使用一個漫射器來傳播光。一般來說，選擇鋼罩不利于散 熱。隨者 LED 照明的逐漸普及，更多的 LED 驅(qū)動器針對應(yīng)用進行了優(yōu)化設(shè)計，這樣效率更高，并且能獲得管理部門的完全認(rèn)可，但會延長 LED 燈具的開發(fā)時間。 圖 一體化壓鑄鋁制散熱器背面圖 圖 散熱器正面圖 第五章 LED 路燈熱分析及散熱結(jié)構(gòu)設(shè)計 27 圖 燈板 圖 路燈緊固件 圖 燈罩 圖 控制器蓋板 ：散熱燈體，光源室，電器室三部分組成 ,見圖 。對與空氣中接觸的散熱器外表面均設(shè)為自然對流 f6】，對流系數(shù)為 10W(m2對模型網(wǎng)格劃分后進行有限元計算，得出模型的穩(wěn)態(tài)溫度場，由結(jié)果可知模型最高溫度為43． 84℃，出現(xiàn)在原模型中心兩列從底部數(shù)第三個芯片上，由于該芯片處在中心兩列，且底側(cè)為散熱器的固定結(jié)構(gòu)，而無散熱翅片，故溫度較高。 表 平板厚度對試驗指標(biāo)的極差分析表 圖 53翅片厚度 試驗指標(biāo)關(guān)系曲線 32 新型太陽能路燈熱分析與結(jié)構(gòu)設(shè)計 圖 翅片間距 試驗指標(biāo)關(guān)系曲線 在模擬的范圍內(nèi)，通過對表 一表 中各因素對試驗指標(biāo)的極差進行排隊，可得到散熱器各結(jié)構(gòu)參數(shù)對散熱器質(zhì)量 及芯片最高溫度影響大小的情況。 圖 試驗指標(biāo)關(guān)系曲線 第五章 LED 路燈熱分析及散熱結(jié)構(gòu)設(shè)計 33 圖 試驗指標(biāo)關(guān)系曲線 散熱結(jié)構(gòu)設(shè)計 通 過對以上熱分析材料與參數(shù)的參考，要有效的散熱，減小燈的體積和生產(chǎn)成本，燈體必須有合理的散熱結(jié)構(gòu)。）的要求。要做好 LED 路燈簡單的用傳統(tǒng)燈頭裝入 LED 光源是行不通的 。熱傳導(dǎo)系數(shù)很高的金、銀，由于質(zhì)地柔軟、密度過大、及價格過于昂貴而無法廣泛采用；鐵則由于熱傳導(dǎo)率過 第五章 LED 路燈熱分析及散熱結(jié)構(gòu)設(shè)計 35 低，無法滿足高熱密度場合的性能需要，不適合用于制作高性能散熱片。上表中列出的 5 種不同鋁合金中： AA6061 與 AA6063 具有不錯的熱傳導(dǎo)能力與加工性，適合于擠壓成形工藝，在散熱片加工中被廣為采用。 采用一體化鋁合金壓鑄 LED 路燈設(shè)計思路： ①、散熱燈殼設(shè)計： 根據(jù)道路照明燈具的功能需要及燈具的防護安全等級的規(guī)定，我們將整個燈具分成三部分來設(shè)計，整體散熱外殼 , 光源室，電器室，選擇 AA1070 鋁合金壓鑄一次性成型 ,如圖 8所示 .散熱片的散熱效果主要取 決于散熱片與發(fā)熱物體接觸部分的吸熱底和散熱片的設(shè)計。為了將吸收的熱量有效地傳導(dǎo)到盡量多的鰭片上，因此還需要吸熱底有較好的橫向熱傳導(dǎo)能力，我們在設(shè)計燈具時首先滿足吸熱底有足夠的厚度，同時考慮 LED 模 塊的安裝孔位進行加筋，也加強了燈具的整體性和機械強度。平整度是通過表面最大落差高度 來衡量的，通常散熱片的底部稍經(jīng)處理即可達(dá)到 以下，采用銑床或多道拉絲處理可以達(dá)到 ，散熱片的吸熱底越平整熱阻越小，越有利于熱量吸收，但由于無法做到完美，涂抹導(dǎo)熱膏成為了 LED 模塊安裝到散熱器的必須步驟，從而達(dá)到吸熱的最佳效果。能將 LED 模塊結(jié)溫控制 在攝氏 60 度以下，這在 LED 應(yīng)用照明上具有突破性意義，將 LED 照明從可能變?yōu)榭梢?。為解決這個問題，我們的產(chǎn)品獨辟蹊徑，光源室采用內(nèi)置導(dǎo)光多角度平面合理組合的方法解決，成本低，可適用于不同 LED 管（不同 LED 管，發(fā)射角不同，只要選擇不同的導(dǎo)光面的安裝LED 模塊即可以改變出光的角度）。路燈主要是為了照亮路面，因而屬于局部照明。 圖 一體化散熱器 由于我們在燈體的設(shè)計上對整個燈體的上部無任何開口，整體的加工為鋁合金一次性壓鑄成型，在整體的上部不存在滲水和防塵的煩惱，僅對燈體向下方向的光源室和電器室進行防護即可，這樣防護問題就簡單了，只需采用硅橡膠條進行防水防塵，就能達(dá)到 IP65 的防護等級。吸熱底與 LED 模塊之間必然存在一定的空隙，如果空隙中是高熱阻的空氣，就無法得36 新型太陽能路燈熱分析與結(jié)構(gòu)設(shè)計 到良好的導(dǎo)熱效果，因此，應(yīng)采用具有較低熱阻及較佳適應(yīng)性的材料填充其中的空隙，這便是導(dǎo)熱膏的用武之地。為了達(dá)到這種效果，就要求吸熱底與 LED 模塊結(jié)合盡量緊密，令金屬材料與 LED 模塊直接接觸，最好能夠不留任何空隙。 AA1050 則具有較好的延展性，適合于沖壓工藝，多用于制造細(xì)薄的鰭片。鋁作為地殼中含量最高的金屬，因熱傳導(dǎo)系數(shù)較高、密度小、價格低而受到青睞；但由于純 鋁硬度較小，在各種應(yīng)用領(lǐng)域中通常會摻加各種配方材料制成鋁合金，為此獲得許多純鋁所不具備的特性，而成為了散熱片加工材料的理想選擇。表 上表中熱傳導(dǎo)系數(shù)的單位 為 W/mK，即截面積為 1 平方米的柱體沿軸向 1 米距離的溫差為 1 開爾文（ 1