Wärmelösung für LED-Lampen – Fallstudie

Einführung

Ein bekanntes Konsumgüterunternehmen wandte sich an Aavid, den Unternehmensbereich für Wärmetechnik der Boyd Corporation, die Wärmelösung zweier seiner LED-basierten Lampenprodukte zu analysieren und zu gestalten. Das Unternehmen bat Aavid um Unterstützung beim gesamten Produktentwicklungsprozess, bis eine funktionierende Wärmelösung gefunden wurde, die anschließend bei ihrem Gipfeltreffen vorgestellt sowie dem Vorstand zur Genehmigung vorgelegt werden konnte.

Herausforderung

Die Tischlampe besteht aus 20 Leuchtdioden, die jeweils etwa 0,64 W (insgesamt 12,8 W) ableiten. Aavid muss bestimmen, wo diese LEDs auf einer ringförmigen Flex-Leiterplatte in zwei Arrays montiert werden. Diese Lampe wird druckgegossen und umfasst die Stromversorgung (Vorschaltgerät), die zusätzlich 2 bis 3 W ableiten kann.

Die Schreibtischlampe besteht aus 4 hochleuchtenden LED, die jeweils bis zu 4,5 W ableiten könnten; die Gesamtableitung der 4 LED darf jedoch zu keinem Zeitpunkt 10W überschreiten. Diese LED können, je nach Wärmelösung, auf eine Leiterplatte oder ein Metallelement montiert werden. Aavids Aufgabe ist es, herauszufinden, wie sich die Wärme verteilen und hinunter ins Rückgrat und schließlich zur Basis transportieren lässt.

Beide thermischen Lösungen müssen funktional, hersätsfähig sein und dürfen sich nicht auf das bestehende Design der Lampe auswirken.

Lösung

Aavid folgte seinem Prozess, um die beste Wärmelösung im Rahmen der Designeinschränkungen zu finden:

• Baseline Thermal Modeling and Analysis: LED-Pakete basierend auf ihren Datenblättern, Flex PCB wurde auf seine Kupfer-Stack-up, Alle Kunststoff-Schichten, Blechschichten und Luftspalt zwischen der Oberfläche, Alle signifikanten wärmeerzeugenden Komponenten, einschließlich des Ballasts, und Basis-Simulationen wurden durchgeführt (wie es ist) in einer natürlichen Konvektionsumgebung bei den angegebenen Umgebungstemperaturen.

• Wärmedesign und Optimierungsanalyse: Hinzufügen von Hitzeverteilern unterhalb der Leuchtdioden zur Vermeidung konzentrierter Wärmequellen, gleichmäßige Verteilung der Wärme über die verfügbaren Metallkomponenten, Maximierung natürlicher Konvektion von ungeschützten Oberflächen, Hinzufügen von Belüftungslöchern oder -kanälen für Tischlampen nach Bedarf, Gestaltung von Heatpipe- und/oder Kühlkörperlösung nach Bedarf.

• Prototyp-Lösungsdesign: Unterstützung bei der Gestaltung und fristgerechte Herstellung von funktionierenden Prototypen, die bei der Vorstandssitzung des Kunden vorgestellt werden.

Umsetzung

Mit ähnlichen Techniken kann eine maßgeschneiderte thermische Lösung für jedes Verbraucherbeleuchtungsprodukt hergestellt werden. Von thermischen Schnittstellenmaterialien bis hin zu Wärmerohren kann Aavid die richtige Regulierung und Wärmeübertragung sicherstellen, um eine optimale Leistung zu gewährleisten.

Ergebnisse

Aavid präsentierte Baseline-Simulierungsergebnisse, Strömungs- und Temperaturkonturdiagramme und spezifische Richtlinien/Empfehlungen hinsichtlich Luftströmung, Belüftung, Leitung zum Metallblech, Leitungsschichten- und dicken, Wärmeleitmaterial und Lüftungslöchern – sowohl für Tisch- als auch für Schreibtischlampenprodukte.

Aavid entwickelte eine CAD-Datenbank, die für Prototypen der Wärmelösungen beider Produkte geeignet war, und fertigte rechtzeitig zum Gipfel einen hergestellten Prototyp an. Bei diesem Meeting wurde außerdem sichergestellt, dass der Kunde eine gut funktionierende Lösung erhielt, bei der die Integrität der Konstruktionsabsicht beibehalten wurde.

Nach der Zustimmung des Vorstands bei dem Gipfel brachte das Unternehmen mit Unterstützung von Aavid beide Produkte erfolgreich auf den Markt.

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