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.

Sfida

La lampada da tavolo è composta da 20 LED che dissipano circa 0,64 W (12,8 W totali ciascuna). Aavid deve determinare dove questi LED saranno montati su un PCB flex a forma di anello in due array. 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 luminosi elevati, ciascuno potrebbe dissipare fino a 4,5W;tuttavia la dissipazione totale dai 4 LED non supera i 10W in qualsiasi momento. 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 termiche devono essere funzionali, fabbricate e non influire sul design esistente della lampada.

Soluzione

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

• Modellazione e analisi termiche di base: i pacchetti LED basati sulle loro schede tecniche, Flex PCB si basavano sul suo stack-up in rame, Tutti gli strati di plastica, strati di lamiera e spazio d'aria tra la superficie, Tutti i componenti significativi per la generazione di calore, inclusa la zavorra, e simulazioni di base sono stati effettuati (così com'è) in un ambiente di convezione naturale alle temperature ambientali specificate.

• 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.

Implementazione

Utilizzando tecniche simili, una soluzione termica personalizzata può essere fatta per qualsiasi prodotto di illuminazione di consumo. Dai materiali di interfaccia termica ai tubi di calore, Aavid può garantire la corretta regolazione e trasferimento di calore per mantenere prestazioni ottimali.

Risultati

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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