Startseite > Smarter World > Smart Building / Smart Home > Thermische Herausforderungen von LEDs auf Systemebene meistern

Ganzheitliche Lösung für LED-Leuchtendesign

Thermische Herausforderungen von LEDs auf Systemebene meistern

25. September 2013, 15:48 Uhr | Dr. John Parry, Mentor Graphics Corporation

▶ Diesen Artikel anhören

Fortsetzung des Artikels von Teil 2

Die Rolle der Simulation beim LED-Systemdesign

Die meisten Elektronikhersteller, OEMs und Komponentenanbieter haben längst akzeptiert, dass sie die Wärmeprobleme in einer frühen Phase des Design-Prozesses erkennen und lösen müssen. Viele nutzen Software zur Analyse auf Komponenten- und Systemebene und adressieren das thermische Management vor dem physikalischen Testen. Sie vermeiden so zusätzliche Designiterationen. Hersteller von LED-Systemen müssen häufig Systeme für andere Beleuchtungstechnologien entwickeln, die sie nicht vor die gleichen Herausforderungen beim thermischen Management stellen. Diese Unternehmen haben unter Umständen nicht das erforderliche Know-how und die Erfahrung, um leistungsfähige und anspruchsvolle Computational Fluid Dynamics (CFD) Software einzusetzen, die von den Halbleiteranbieter und großen Elektronik-OEMs genutzt werden.

Alle ca. zehn Jahre alten CFD-Codes und viele der heutigen erfordern vom Anwender ein tiefes Verständnis der Berechnungsaspekte der Strömungslehre. Nur so können sie sicher sein, dass sie präzise Ergebnisse erzielen. Die Anwender müssen wissen, wie sie ihr CAD-Modell in die CFD-Umgebung übertragen, das Modell »invertieren«, um den leeren Strömungsraum anstatt des Festkörpers zu modellieren, ein Netz mit den richtigen Eigenschaften generieren, Randbedingungen festlegen, Solver-Einstellungen zur Gewährleistung der Konvergenz optimieren und viele andere Aufgaben durchführen. Um zu einer konvergierten Lösung zu gelangen, erforderten frühere CFD-Software-Generationen umfangreiches Abstimmen und Optimieren von Hand, zum Beispiel das manuelle Modifizieren von Zellen zur Verbesserung der Netz-Qualität und die Anpassung der Solver-Steuerung wie die Relaxationsfaktoren. Dies gilt insbesondere beim Umgang mit unübersichtlichen, komplexen und dicht gepackten Strukturen wie sie bei Elektronikanwendungen typisch sind.

Die neueste Generation von CFD-Software adressiert die wichtigsten Ursachen, die verhindern, dass Mechanik-, Elektrik- und Produktdesign-Ingenieure CFD-Software einsetzen. Die Verwendung ursprünglicher 3D-CAD-Daten, automatische Erkennung und Vernetzung des Strömungsraums sowie das Verwalten der Strömungsparameter als objektbasierte Funktionen stellen sicher, dass Ingenieure den rechnerischen Teil des CFD nicht mehr verstehen müssen und sich auf die Strömungsberechnung des Produkts konzentrieren können. Die neue CFD-Software enthält automatisierte Kontrollfunktionen, die in fast jeder Applikation ohne manuelle Abstimmung Konvergenz gewährleisten.

Diese neue Softwaregeneration ist ideal geeignet für das thermische Design von LED-Systemen. Zum Betrieb der CFD-Software sind nur Kenntnisse des CAD-Systems und der Physik des Produkts erforderlich. Beides besitzt die große Mehrheit der Konstrukteure. Die Möglichkeit zur Nutzung von ursprünglichem 3D-CAD spart Zeit und gestattet es, die komplette geometrische Komplexität von LED-Systemen zu erfassen. Die neue Softwaregeneration deckt auch alle möglichen Wärmeübertragungsmechanismen ab, so dass sie für eine genaue Analyse verwendet werden kann. Durch Automatisieren aller zur Erstellung eines CFD-Modells erforderlichen Schritte können Designer von LED-Systemen mit der neuen CFD-Software-Generation eine große Zahl von Designalternativen sehr schnell evaluieren.