为提升高热流密度下LED灯具的自然对流散热性能，以一款基于热电制冷(TEC)的单颗LED小型灯具模组为研究对象，在采用实验测量和回归拟合准确获得TEC性能参数的基础上，建立了有无TEC参与散热的等效热路模型，并选择合理的数学公式对其进行性能描述，进而遵循本文设计的计算流程快速得到各种散热性能数据。LED模组的散热分析表明：在恒定的LED热功率下，施加最佳的TEC电流可获得最高的散热性能；LED热功率越低，安装TEC的散热性能越比常规方法优异。经遗传算法优化前后的性能对比分析表明：优化后结构中TEC的合理工作区明显增大，能满足LED更高功率的散热需求；当LED为0.493 W时，优化后结构的最佳结温仅为15.66 ℃，远低于30 ℃的环境温度。基于TEC实验数据建立的等效热路模型，能为装配TEC的LED模组提供快速完整的散热设计分析与结构优化的合理方案。

针对一款阵列型大功率LED投光灯的散热特点, 建立了关键散热结构的物理模型, 并基于等效热路法选用能正确表达其热传导和热对流性能的数学模型, 进而遵循本文设计的计算流程能快速计算出自然对流边界条件下的散热性能。通过与红外热像仪的实测温度进行比较, 发现二者数据吻合性好, 误差仅为+1.08%。随后经散热器关键结构参数对散热性能的影响趋势分析可以看出: 肋片间距对投光灯模型存在明显的最优选择, 宜采用5 mm的肋片间距; 增加肋片高度和减薄肋片厚度均能提升模型的散热性能, 但建议须同时考虑减重、成本和可加工性, 以获取更适宜的肋片高度(24 mm)和厚度(1~2 mm)。等效热路法可作为同类型LED灯具结构散热性能分析与优化的一种便捷而有效的研究方法。