打造具有自然对流散热功能的智能扬声器投影仪

智能扬声器投影仪，散热可行性研究。 在开始的几分钟里，我将概括一下要点， 提出目标 并给出结论。 在此之后，我们将在接下来的 演示中详细介绍更多细节内容。 我们的目标是确定可安装在 智能扬声器顶部的 120 流明 LED 投影仪能否通过自然对流 实现热解决方案。 换言之，问题就是， 如果我们有一个很小的空间， 我们是否可以在该空间内安装 一台 120 流明的LED 投影机， 并且仅通过自然对流进行散热， 这意味着没有风扇，没有会发出噪声的 运动部件？ 我们将在演示的第一部分对此进行讨论。 在本项目中，我们选择使用的 MD 是 0.23 qHD DMD，LED 是1 平方毫米的 OSRAM LED， 这是 OSRAM 的最新迭代高效 LED。 所用光学器件的F 值为 1.7。 这将是我们考虑的第二次迭代。 在本案例中，我们希望制作一个 低成本的设计，这意味着散热器 可以是简单的挤压铝片， 切成片状，不使用将会 增加成本的热管。 此外，我们还向该混合体添加了 一个缓慢旋转的静音风扇进行仿真运行， 以便评估增加一些强制空气流动所带来的效果。 结论是肯定的，可以制作一个 120 流明的 LED 投影仪，该投影仪可以 安装在仅通过自然对流冷却的 智能扬声器的顶部。 所有的温度都检查出来了。 是的，我们认为这是可行的。 在第二部分中，我们将尝试回答 每次仿真运行后出现的紧迫问题， 即我们是否可以信任该仿真， 以及它与测量相比表现如何？ 我们构建了一个散热器原型， 并安装了电加热器，放置了热电偶， 获得了测量值，然后将仿真散热器的热阻 与测量值进行了比较。 结果表明，通过仿真得到的 热阻比测量值高 6% 到 10%， 换算成仿真温度比实测值高出 2 到 3.5 摄氏度，可以说这是 一个精度不错的仿真。 而且误差是保守的，这意味着在现实中 我们拥有比仿真预测值更大的 裕度。 第 1 部分，采用自然对流的 120 流明 LED 投影仪。 该幻灯片显示了仿真中使用的几何图形。 光学引擎和散热器安装在 圆柱形腔体中，腔体大小由盖子限定。 整个装置都沉浸在空气中。 盖子的底部和顶部都有开口。 其在模型中的目的是为了限制气流， 使流动条件更符合实际。 光学引擎向侧面突出， 并将投影镜头添加到其中， 可指向下方，并将图像投影在 智能扬声器前面的表面上。 此设计中有四个独立的散热器， 三个用于 LED 红色、绿色和蓝色，另一个用于 DMD。 左侧的图片显示了LED 的安装方式， 每个 LED 在其自己的界面上闪烁，并直接靠近 散热器壁放置。 DMD 通过铝制散热钉与 DMD 散热器连接。 由于挤压工艺设定的要求， 散热器的散热片厚度为 1.6 毫米。 5.6 毫米的间距预示着可以进行 自然对流。 而这正是散热器通常所需要的， 即通过较大的间距进行自然 对流。 DMD 也需要冷却。 这个 DMD 散热器很有趣， 因为通常情况下，我们利用风扇来使空气流动。 我们在 DMD 上看到的典型散热器 要小得多。 另外，请注意红色 LED散热器是最大的散热器， 我们将在稍后的几张幻灯片中解释其原因。 这里，我们给出了自然对流的结果。 并展示了流场和温度场。 解决方案是基于 LED 的120 流明投影仪。 在左侧，可以确定绿色 LED 的 最高温度值 为 88.5 摄氏度。 最大风速为0.28 米/秒。 气流流动缓慢。 正如您所看到的那样，速度矢量 显示出空气是由浮力向上驱动 并进入腔体的底部，然后按预期通过 顶部的缝隙排出。 右侧给出了更多的数值细节。 假设环境温为40 摄氏度， 总热负荷为 6 瓦。 最值得注意的是，所有 LED 结温 都远低于制造商数据表 所允许的限值。 有源阵列温度 也保持在 70 摄氏度的 最高允许值以下。 LED 的光通量作为温度的函数 由 LED 制造商的数据表提供。 尽管对于红色 LED允许的最大 顶出温度为 120 摄氏度， 对于绿色和蓝色LED 允许的最大 顶出射温度为 150 摄氏度，但通常我们不希望 结温升至如此之高。 注意红色 LED 的效率是如何随温度下降的。 在接近最高允许温度的情况下 运行红色 LED不仅会降低光功率， 而且还会破坏呼叫点。 当结温为 77、88和 72 摄氏度时， 这些结果可以保证达到 所需的亮度和核心点。 该项目的目标之一是 增加一个缓慢旋转的风扇， 以评估与自然对流相比强制对流的 效果。 为此，我们挑选了一个现成的 缓慢旋转的静音风扇，其在额定转速下 噪声小于 17 分贝，然后假定风扇将 以其额定转速的 30% 运行。 右侧的风扇曲线描述了静压与 通过风扇的体积流率的关系。 蓝色风扇曲线表示额定转速。 仿真中使用的黄色曲线是 风扇额定转速的30%，可确保极低的 噪声水平。 当在散热器顶部添加缓慢旋转的风扇时， 它会产生巨大的影响。 最高温度下降了大约 30 摄氏度， 而最大风速上升了五倍， 达到每秒 1.5 米。 这给我们提供了一个裕度很大的选择， 如果使用大尺寸的散热器不切实际， 则可以将其用来减小散热器的尺寸； 如果 120 流明的亮度不够高，则可以将其 用于增加亮度。 添加一个缓慢旋转的静音风扇， 对其进行策略性地安装， 以使噪声不会影响智能扬声器的性能， 这将大大改善散热解决方案。 第 2 部分，散热器热阻、仿真 与测量。 为了验证仿真结果， 我们构建了寻热原型。 附着在其上的电热以及位于散热器上 多个位置的四个热电偶。 并进行了一系列测量。 根据公式计算了散热器热阻， 并将测量结果与仿真结果 进行了比较。 右图显示了测量设置-- 散热器、盖下的电加热器、电源 和数据记录器。 请注意，在实际的智能 扬声器应用中，散热器会被覆盖 以阻挡气流。 通过改变电源功率， 我们能够测量从 3 至 7 瓦不等的 数个输入值的散热器热阻。 热阻可通过最大温差除以 热负荷计算得出。 通过仿真获得的结果比测量值 高 6% 到 10%，与实测值 吻合较好。 仿真显示，与测量相比， 温度高出 2到 3.5 摄氏度。 仿真误差是保守的， 这是一件好事，这使得我们的裕度 更大。 综上所述，仿真结果表明，可以在智能扬声器 大小的外形规格中使用自然对流 实现基于 LED 的 120 流明投影仪在热性能方面 是可行的。 同时，通过与实测数据的比较， 验证了仿真