发光二极管(LED)具有节能、高效及环保等多项优点&＃xff0c;近年来被越来越广泛的应用在普通照明中。随着汽车工业的高速发展和LED光效的不断提高&＃xff0c;LED在汽车中的应用也越来越普遍&＃xff0c;包括内部照明灯、制动灯、转向灯及尾灯等都已开始使用 LED作光源。前照灯由于对亮度的要求较高&＃xff0c;只有少数概念车推出了 LED前照灯。
然而作为一种高效节能的新型光源&＃xff0c;LED代替其他光源作为新一代前照灯光源也将成为必然。随之而来有许多问题需要解决&＃xff0c;大功率LED的散热成为一个突出的问题。
一、LED汽车前照灯的散热设计
大功率LED散热方式大致可分为&＃xff1a;自然风冷、强制风冷及热管导热散热。自然风冷需要散热面积比较大&＃xff0c;需要给散热体提供足够大的空间&＃xff0c;且散热体质量比较大&＃xff0c;对于车身的复杂工作环境是不适合的&＃xff1b;强制风冷需要在灯具上加风扇&＃xff0c;对于车灯的稳定性有影响&＃xff0c;这种方案也是不可取的。
热管( HP&＃xff0c;heat pipe&＃xff0c;又名热导管或超导管)是一种具有极高导热性能的传热元件&＃xff0c;它通过在全封闭真空管内工质的蒸发与凝结来传递热量&＃xff0c;热管散热具有极高的导热性、良好的等温性、冷热两侧的传热面积可任意改变、可远距离传热及可控制温度等一系列优点。
由热管组成的换热器具有传热效率高、结构紧凑、流体阻损小、热阻小、传热快、传热量大、均温性能好、传热方向可逆、热流密度可变、优良的热响应性、热源和热汇(释放)分开、冷热流不相混杂、结构简单、质量轻、体积小及维护方便等优点。热管的主要作用是导热&＃xff0c;如果把热量导出去&＃xff0c;不能及时散出去&＃xff0c;热量返回又会集中在LED上&＃xff0c;所以&＃xff0c;仅用热管不能满足设计要求&＃xff0c;需配置一种很好的散热装置将热量散出去。
二、大功率LED远光灯散热设计
1、光源要求
光源采用7颗大功率单芯片LED&＃xff0c;LED 结温150℃&＃xff0c;工作电流700 mA&＃xff0c;光源功率18W&＃xff0c;总光通量1 000lm以上&＃xff0c;光型为90°朗伯光&＃xff0c;光色应为白色&＃xff0c;色温小于6 000 K。
2、散热设计
远光灯采用热管与散热器相结合的散热方式&＃xff0c;即热管散热器。此方案巧妙的将热管技术应用于大功率LED的散热模块上&＃xff0c;焊接好LED的灯板和导热垫片&＃xff0c;通过螺钉固定热管的基座&＃xff0c;在热管上添加一系列环绕热管的圆形散热翅片&＃xff0c;以增强热量向环境的转移。这种热管比普通常用做功率型LED热沉铜的导热性高100倍&＃xff0c;远光灯散热结构&＃xff0c;如图1所示。
三、大功率LED近光灯散热设计
1、光源要求
采用3颗多芯片直线型封装的LED作为前照灯近光灯光源&＃xff0c;LED光源为五芯片直线排列封装在一个基板上&＃xff0c;芯片排列长度 4.5&＃xff5e;5.5 mm。LED工作电流 700 mA&＃xff0c;总功率 36 W&＃xff0c;总光通量1 000 lm以上&＃xff0c;光型为 120°朗伯光。I光色为白光&＃xff0c;色温小于6000 K。
2、散热设计
近光灯散热结构&＃xff0c;如图 2所示。
将LED灯板通过螺钉固定在PCB安装支座上&＃xff0c;在散热体与灯壳连接架上装好调整齿轮&＃xff0c;并通过调整齿轮把LED及灯板安装支座组件与灯壳连接&＃xff0c;可调整齿轮组上下左右的近光光形。焊有热管的铝基座与异形散热翅片焊接在一起形成散热翅片组件&＃xff0c;把散热翅片组件从灯壳后部装入&＃xff0c;通过螺钉固定。
四、散热分析结果
1、远光灯散热分析结果
大功率LED汽车灯具采用热管和散热片相结合的散热方式&＃xff0c;通过电子散热软件ICEPAK仿真大功率LED灯具的散热效果&＃xff0c;在环境温度为50℃时的模拟结果&＃xff0c;如图3所示。
从图3可以看出&＃xff0c;灯板上最高温度为64℃&＃xff0c;此设计方案可很好地满足大功率LED远光灯散热要求。
2、近光灯散热分析结果
通过电子散热软件ICEPAK仿真大功率LED灯具的散热效果&＃xff0c;在环境温度为50℃时的模拟结果&＃xff0c;如图 4所示。
从图4可以看出&＃xff0c;灯板上最高温度为65℃&＃xff0c;此设计方案可很好地满足大功率LED近光灯散热要求。
五、结论
通过用电子散热软件 ICEPAK分析及某轿车前照灯样灯的制作和测试&＃xff0c;表明软件分析结果与样灯测试数据基本一致&＃xff0c;样灯如图 5所示。
文章提出的热管导热散热的设计方案可以满足大功率 LED汽车前照明的散热问题&＃xff0c;但热管散热器还有一定的局限性&＃xff0c;因此散热方式应该向智能散热方向发展。
作者&＃xff1a;王永康&＃xff0c;仿真秀科普作者。
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