Esempio di applicazione (case study) sulle soluzioni di gestione termica di lampade a LED

Introduzione

Una nota azienda di prodotti di consumo per la famiglia si è rivolta ad Aavid, la divisione di gestione termica di Boyd Corporation, per analizzare e progettare la soluzione termica per due lampade a LED. L'azienda in questione ha richiesto il supporto di Aavid per tutta la durata del processo di sviluppo del prodotto, fino alla realizzazione di una soluzione termica funzionale da sottoporre all'approvazione del consiglio di amministrazione.

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La sfida

-La lampada da tavolo è composta da 20 LED che dissipano circa 0,64 W (12,8 W totali ciascuna). Aavid deve determinare in quale posizione questi LED saranno montati su un pcb flessibile a forma di anello in due serie. La base della lampada sarà pressofusa e conterrà l'alimentazione (resistenza) che potrà dissipare ulteriori 2-3 W.

-La lampada da tavolo è composta da 4 LED ad alta luminosità ciascuno dei quali può dissipare fino a 4,5W; la dissipazione totale dai 4 LED non supera mai i 10 W. I LED possono essere montati su PCB o metallo a seconda della soluzione termica. Il compito di Aavid sarà quello di capire come distribuire e trasportare il calore all'interno della struttura e, infine, alla base.

-Entrambe le soluzioni devono essere funzionali, fabbricabili e non avere un impatto sugli elementi esistenti

La soluzione

Aavid ha seguito il processo per trovare la migliore soluzione termica entro i vincoli di progettazione:

• Modellazione e analisi termica di base: pacchetti LED in base alle schede tecniche, Flex PCB basato sullo stack-up di rame, tutti gli strati di plastica e di lamiera e il traferro tra le superfici. Tutti i componenti significativi che generano calore, compreso il reattore, e le simulazioni di base sono state effettuate (così com'erano) in un contesto a convezione naturale nell'ambiente specificato.

• Progettazione termica ed esplorazione dell'ottimizzazione: aggiunta di diffusori di calore sotto i LED per evitare fonti di calore concentrate, distribuzione uniforme del calore sui componenti metallici disponibili, massimizzazione della convezione naturale dalle superfici esposte, aggiunta di fori di ventilazione o canali per la lampada da tavolo secondo necessità, progettazione di tubi di calore (heat pipe) e/o soluzioni di dissipazione, ove necessario.

• Progettazione di soluzione prototipo: assistere nella progettazione e produzione del prototipo funzionante in tempo per la presentazione durante la riunione del consiglio di amministrazione del cliente.

Esito finale

Aavid ha presentato i risultati della simulazione di riferimento, le curve del livello di flusso e temperatura e le linee guida/raccomandazioni specifiche su flusso d'aria, ventilazione, conduzione alla lamiera, strati e spessori di conduzione, materiali di interfaccia termica e fori di ventilazione, sia per le lampade da tavolo che per quelle da scrivania.

-Aavid ha sviluppato un database CAD adatto al prototipo delle soluzioni termiche per entrambi i prodotti e poi ha completato un prototipo realizzandolo in tempo per la riunione. Inoltre, durante l'incontro, è stata assicurata al cliente una solida soluzione funzionale pur mantenendo l'integrità dell'intento progettuale.

-Dopo l'approvazione del Consiglio di amministrazione, l'azienda ha lanciato con successo entrambi i prodotti sul mercato con il supporto di Aavid.

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