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 结果的正确性。

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 结果的正确性。