大功率LED汽車前照燈散熱設(shè)計(jì)

2017-08-28 by:CAE仿真在線來源:互聯(lián)網(wǎng)

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發(fā)光二極管(LED)具有節(jié)能、高效及環(huán)保等多項(xiàng)優(yōu)點(diǎn),近年來被越來越廣泛的應(yīng)用在普通照明中。隨著汽車工業(yè)的高速發(fā)展和LED光效的不斷提高,LED在汽車中的應(yīng)用也越來越普遍,包括內(nèi)部照明燈、制動(dòng)燈、轉(zhuǎn)向燈及尾燈等都已開始使用 LED作光源。前照燈由于對亮度的要求較高,只有少數(shù)概念車推出了 LED前照燈。然而作為一種高效節(jié)能的新型光源,LED代替其他光源作為新一代前照燈光源也將成為必然。隨之而來有許多問題需要解決,大功率LED的散熱成為一個(gè)突出的問題。

1 LED汽車前照燈的散熱設(shè)計(jì)

大功率LED散熱方式大致可分為:自然風(fēng)冷、強(qiáng)制風(fēng)冷及熱管導(dǎo)熱散熱。自然風(fēng)冷需要散熱面積比較大,需要給散熱體提供足夠大的空間,且散熱體質(zhì)量比較大,對于車身的復(fù)雜工作環(huán)境是不適合的;強(qiáng)制風(fēng)冷需要在燈具上加風(fēng)扇,對于車燈的穩(wěn)定性有影響,這種方案也是不可取的;熱管( HP,heat pipe,又名熱導(dǎo)管或超導(dǎo)管)是一種具有極高導(dǎo)熱性能的傳熱元件,它通過在全封閉真空管內(nèi)工質(zhì)的蒸發(fā)與凝結(jié)來傳遞熱量,熱管散熱具有極高的導(dǎo)熱性、良好的等溫性、冷熱兩側(cè)的傳熱面積可任意改變、可遠(yuǎn)距離傳熱及可控制溫度等一系列優(yōu)點(diǎn)。

由熱管組成的換熱器具有傳熱效率高、結(jié)構(gòu)緊湊、流體阻損小、熱阻小、傳熱快、傳熱量大、均溫性能好、傳熱方向可逆、熱流密度可變、優(yōu)良的熱響應(yīng)性、熱源和熱匯(釋放)分開、冷熱流不相混雜、結(jié)構(gòu)簡單、質(zhì)量輕、體積小及維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)。熱管的主要作用是導(dǎo)熱,如果把熱量導(dǎo)出去,不能及時(shí)散出去,熱量返回又會(huì)集中在LED上,所以,僅用熱管不能滿足設(shè)計(jì)要求,需配置一種很好的散熱裝置將熱量散出去。

2大功率LED遠(yuǎn)光燈散熱設(shè)計(jì)

2.1光源要求

光源采用7顆大功率單芯片LED,LED 結(jié)溫150℃,工作電流700 mA,光源功率18W,總光通量1 000lm以上,光型為90°朗伯光,光色應(yīng)為白色,色溫小于6 000 K。

2.2散熱設(shè)計(jì)

遠(yuǎn)光燈采用熱管與散熱器相結(jié)合的散熱方式,即熱管散熱器。此方案巧妙的將熱管技術(shù)應(yīng)用于大功率LED的散熱模塊上,焊接好LED的燈板和導(dǎo)熱墊片,通過螺釘固定熱管的基座,在熱管上添加一系列環(huán)繞熱管的圓形散熱翅片,以增強(qiáng)熱量向環(huán)境的轉(zhuǎn)移。這種熱管比普通常用做功率型LED熱沉銅的導(dǎo)熱性高100倍,遠(yuǎn)光燈散熱結(jié)構(gòu),如圖1所示。

3大功率LED近光燈散熱設(shè)計(jì)

3.1光源要求

采用3顆多芯片直線型封裝的LED作為前照燈近光燈光源, LED光源為五芯片直線排列封裝在一個(gè)基板上,芯片排列長度 4.5~5.5 mm。LED工作電流 700 mA,總功率 36 W,總光通量1 000 lm以上,光型為 120°朗伯光。I光色為白光,色溫小于6000 K。

3.2散熱設(shè)計(jì)

近光燈散熱結(jié)構(gòu),如圖 2所示。

將LED燈板通過螺釘固定在PCB安裝支座上,在散熱體與燈殼連接架上裝好調(diào)整齒輪,并通過調(diào)整齒輪把LED及燈板安裝支座組件與燈殼連接,可調(diào)整齒輪組上下左右的近光光形。焊有熱管的鋁基座與異形散熱翅片焊接在一起形成散熱翅片組件,把散熱翅片組件從燈殼后部裝入,通過螺釘固定。

4散熱分析結(jié)果

4.1遠(yuǎn)光燈散熱分析結(jié)果

大功率LED汽車燈具采用熱管和散熱片相結(jié)合的散熱方式,通過電子散熱軟件ICEPAK仿真大功率LED燈具的散熱效果,在環(huán)境溫度為50℃時(shí)的模擬結(jié)果,如圖3所示。從圖3可以看出,燈板上最高溫度為64℃,此設(shè)計(jì)方案可很好地滿足大功率LED遠(yuǎn)光燈散熱要求。