大功率LED汽车前大灯散热装置研究

合集下载

大功率LED灯具的散热结构设计研究

大功率LED灯具的散热结构设计研究摘要：在现代照明领域，LED灯具凭借其高效节能、长寿命和无汞等优点成为主流选择。

然而，由于大功率LED灯具在工作过程中会产生大量热能，散热问题成为设计和制造LED灯具时需要重点考虑的因素之一。

基于此，本文简单讨论大功率LED灯具的散热结构设计优势，深入探讨设计要点，以供参考。

关键词：散热结构；散热材料；风扇参数前言：散热是影响LED灯具性能和寿命的关键因素之一。

当LED灯具长时间处于高温环境下运行时，LED芯片和电子元件的工作温度会不断升高，如果散热不良，将导致电流驱动下LED芯片的发光效率下降，甚至出现过热而损坏的情况。

因此，为了确保LED灯具长期稳定高效运行，合理设计散热结构至关重要。

1.大功率LED灯具的散热结构设计优势大功率LED灯具的散热结构设计的优势主要包括以下几点：第一，散热效果好。

LED灯具在工作时会产生大量的热量，如果不能有效地散热，会导致LED芯片温度过高，影响其寿命和光学性能。

通过优化散热结构设计，可以提高热量的传导和散发效率，确保LED芯片的温度在正常范围内。

第二，增强信号灯可靠性。

大功率LED灯具通常在信号灯、车灯等应用中使用，对可靠性要求较高。

良好的散热结构设计可以减轻LED芯片的工作温度，降低温度引起的膨胀和收缩对焊点的压力，从而减少焊接部位的损坏和故障的发生，提高信号灯的可靠性。

第三，延长LED寿命。

LED的寿命与工作温度密切相关，温度过高会缩短LED的使用寿命。

优秀的散热结构设计可以有效降低LED芯片的工作温度，延长LED的寿命，降低维护成本。

第四，减少空间占用。

大功率LED灯具通常需要较大的散热面积，以提供足够的散热效果。

通过设计紧凑、高效的散热结构，可以减少散热器在灯具内部所占据的空间，从而减小整个灯具的体积。

第五，提升灯具效率。

优秀的散热结构设计可以降低LED芯片的工作温度，减少能量的损耗，提高LED灯具的发光效率，从而节约能源和降低使用成本。

LED汽车灯散热器结构设计与散热分析

LED 汽车灯散热器结构设计与散热分析摘要：在汽车结构中，LED汽车灯是非常重要的组成部分。

本文对LED汽车灯散热器的结构设计与散热分析进行论述。

为进一步优化和提升液态金属散热性能，采用流体力学仿真方法，系统研究流速、流道结构等对LED前照灯温控性能的影响，并提出一种新的冷板流道结构，有效改善了液态金属温控效果，对包括大功率LED灯散热系统在内的其他高热流密度散热系统同样具有参考意义。

关键词：LED散热;液态金属;温控实验引言对散热系统进行分析研究，以保证车辆有良好的散热，对于车辆安全可靠运行有着重要作用。

基于传热理论和流体力学理论，根据发动机散热实际情况，对散热器结构尺寸进行设计分析。

运用三维建模软件对散热器进行实体建模，在对散热器局部进行简单处理后，将模型导入ANSYS中进行CFD仿真分析，设置边界条件，以此获得散热器的温度场、流体分布情况。

1LED散热评估实验及分析1.1模型建立分析原型为某公司的D2H型LED散热器，对其基础模型进行散热情况的模拟，并对其结构进行优化设计。

在实际使用中，热量从芯片产生，由PCB板传到散热器。

其中，芯片与PCB板上有导电胶，PCB板与散热器间涂有导热胶。

散热器采用强迫对流，风扇强制空气对流换热系数取值范围为30~100W/(m2·K)。

因为LED 发光芯片较小，可将其简化为一个热源面，并假设每颗LED的性能完全相同。

本文主要分析LED汽车灯散热器结构对散热的影响，简化LED发光芯片处温度，模型简化符合实际情况。

1.2实验数据及分析随着流量的增大，两种流体进出口的温差逐渐趋于固定的值，液态金属的稳定温差大于水;而在流量较低的工况下，由于流体在冷板被加热和散热器被散热的时间相对增加，导致进口温度较低，出口温度较高，进出口温差较大;随着流量的增大，两种流体的散热效果都有所提升，但当达到一定流速后，散热效果的提升则变得有限，而液态金属散热系统在流量增加的过程中则更早到达散热能力的极限值。

LED汽车前大灯散热与光衰研究

LED汽车前大灯散热与光衰研究摘要：LED在汽车绿色照明中发挥着十分重要的作用，但是在具体使用的过程中会产生高效率发热的现象，因此，要想延长LED前大灯的受用寿命，就必须采取有效的措施解决LED前大灯的光源散热的问题，本文主要对LED在汽车应用中的散热以及光衰的解决方法进行了深入的分析，希望在一定程度上可以延长LED前大灯的使用寿命。

关键词：LED汽车大灯；光衰；大功率LED；高效散热根据实际情况可以了解到，半导体材料的工作效率和质量经常会受到环境温度条件的影响，大功率LED在进行光电转换的过程中达不到一定的工作效率，通常情况下只有20%左右的电能转化成了光能，剩余的大部分能量都转换成了热能。

传统意义上的卤素灯虽然亮度没有LED高，但是最终产生的光能受温度变化的影响小，所以设计的关键就在于控制好LED光源的温度变化。

目前，散热与光衰成为了LED设计过程中所面临主要问题。

1、汽车前大灯的散热技术1.1 被动散热与主动散热一般情况下，在进行散热设计的过程中，大功率LED在进行焊装时需要被固定在散热器上。

LED在使用的过程中所散发的热量会通过电路板最终输送给铝质散热器，铝质散热器在与空气进行接触之后就会将热量进行挥发。

要想将散热器与电路板之间的热阻进行不断的降低，在进行设计的过程中就必须采用导热材料。

另外对于散热器材料的选择一定要对形状与面积进行充分的考虑，保证散热器的散热面积可以满足LED大灯散热方案中的相关需求，通常情况下这种散热方式就属于被动散热。

主动散热在进行设计的过程中通常都会采用热管以及液冷、风冷的形式来完成，液冷所使用的液体需要在泵的带动下才能将热量进行挥发，而热管则是需要具备导热性能的元件在封闭的真空管内进行热量的传递，由此可以看出，这两者在性质上都不适合在车灯内进行使用。

风冷是散热设计中有着非常广泛的使用，不但可以减少成本的投入，同时在安装的过程中还能减少整体的难度。

1.2 LED散热通道设计在进行LED散热通道设计的过程中，需要将其焊接在印制板的上层，LED灯的底部需要与PCB的敷铜面焊接在一起，要想有效的提高LED灯的散热速度，就需要采用敷铜层作为主要的散热面，这也是目前使用最广泛大的一种散热结构。

汽车LED前大灯的“空调”液冷散热系统

汽车LED前大灯的“空调”液冷散热系统本项目基于LED前大灯散热的问题，提出了一种新型的散热方式——汽车LED前大灯的“空调”液冷散热系统。

该系统有效的解决了外加车灯的散热问题以及散热时汽车车灯的封闭性问题，使LED前大灯得到广泛的应用。

此研究降低了车灯在维修更换情况下的复杂度，提高更换便捷性，降低维修成本。

标签：LED前大灯；半导体制冷；冷却板1 概述1.1 LED散热问题限制LED前大灯的全面推广LED作为汽车前大灯具有绿色节能，寿命长等优点。

但是，LED灯的散热问题却是制约其推广应用的瓶颈。

到目前为止，LED灯的电光转换效率只有30%左右。

LED灯在工作过程中，一方面由于内部光子效率不能达到100%，另一方面，内部产生的光子无法全部射到芯片外部，导致只有少部分电能转化为光能，大约70%的电能都最终变成了热量。

因此，解决散热问题是LED灯推广应用的前提条件。

根据汽车现代造型设计特点，汽车前大灯的安装位置靠近发动机舱，工作环境温度高，若采用LED前大灯，高温的工作环境加上LED灯本身的散热问题，若不改进散热系统设计，必将极大缩减LED前大灯的工作寿命。

1.2 热管技术和液冷技术仍存在缺陷目前较为适用于大功率LED前大灯的散热方式为热管技术和液冷技术。

热管技术在热传输上存在着粘性限制、音速限制、飞散限制、毛细管限制、沸腾限制等缺点。

而液冷技术对设备要求高，导致加工成本上升；且因泵等组件数量增加，加大了漏液风险。

因此，结合LED汽车前照灯的使用环境，本项目提出一种“空调”液冷散热系统设计方案。

该方案旨在有效解决LED汽车前照灯的散热问题以及散热过程中LED前照灯的密封问题。

因此，结合LED前大灯的使用环境，本项目提出一种液冷式半导体散热系统设计方案。

该方案旨在有效解决LED前大灯的散热问题以及散热过程中的密封问题。

2 半导体制冷原理半导体制冷原理：把一只N型半導体元件和一只P型半导体元件联结成热电偶，接上直流电源后，在接头处就会产生温差和热量的转移。

90W 汽车 LED 前照灯散热结构设计研究

90W 汽车 LED 前照灯散热结构设计研究刘晨阳;尹默;孙贺然;李忠【摘要】针对目前大功率 LED 前照灯散热困难等问题，运用 Pro／E 设计了一款风冷散热形式的 LED 前照灯模型，并运用 ANSYS 仿真分析得出其在不同对流状态条件下的温度场分布。

同时搭建实验平台进行 LED 前照灯温度试验测试，试验研究发现 LED 结温始终能控制在80℃以下，此散热模型的 LED 前照灯能很好地满足散热要求，有效的解决了 LED 前照灯的散热问题。

%In the view of heat dissipation problems of high power LED lamp , a cooling form of LED car headlamps was designed.Temperature field distribution in different convection conditions is obtained by ANSYS simulation analysis.At the same time, the experiment platform is set up for temperature test of LED car headlamps, the LED junction temperature can be controlled under 80 ℃ in the experiment.It shows that the radiation model of LED headlamp can meet the cooling requirements well .It can solve the problem of heat dissipation in LED car headlamps .【期刊名称】《照明工程学报》【年(卷),期】2015(000)002【总页数】5页(P137-141)【关键词】白光 LED;汽车前照灯;散热【作者】刘晨阳;尹默;孙贺然;李忠【作者单位】西安交通大学电力设备电气绝缘国家重点实验室，陕西西安710049;南阳防爆集团股份有限公司，河南南阳 473011;中冶北方大连工程技术有限公司，辽宁大连 116600;中国兵器工业第 202 研究所，陕西咸阳 712099【正文语种】中文【中图分类】U463.65+121世纪初，LED就开始应用于汽车内小功率照明，日本丰田公司首次将LED应用于凌志LS600 h Saloon车前照灯的近光照明[1]。

汽车前大灯的散热技术

1、汽车前大灯的散热技术1.1 被动散热与主动散热通常的散热设计中，焊装大功率LED的电路板被紧紧固定在散热器上。

LED 工作时所产生的热量通过传导方式经由电路板被传导到热传导率较好的铝质散热器上。

铝质散热器的翼片与空气大面积接触将热散发开来。

为了有效地减小散热器和电路板之间的热阻，其间填充了导热介质。

选用的散热器其翼片形状和面积是可以满足LED大灯散热方案的设计。

这种散热方式我们称之为被动散热[2]。

主动散热常用液冷、热管、风冷等方式。

由于液冷使用的液体必须在泵的带动下强制循环带走散热器的热量，热管则依靠高导热性能的传热元件在全封闭真空管内的液体的蒸发与凝结来传递热量，二者都不适合车灯内使用。

风冷散热具有价格较低、安装简单等优点最为常用。

针对被动散热方式存在的散热器中心区域温度相对集中的情况，加装风扇强制对流后(见图1)，对缓解散热器温度不均匀有明显效果。

1.2 LED散热通道设计加装风扇后强制对流通常LED被焊在双面敷铜层的印制板(PCB)上[1]，LED的底面与PCB的敷铜面焊在一起，为提高散热效率，以较大的敷铜层作散热面。

这是一种最简单的散热结构[3]。

本文研究的汽车前大灯用LED是目前OSRAM公司最大功率的一种LEUMD1W4[3];管芯散热设计选用了一种更利于散热的LE3S封装[1]。

这种封装的特点是，以面积较大的铜合金散热垫为基座，管芯固定在基座中央。

同时将LED基座与铝基板接触区域的绝缘介质剥离，使铜合金基座与铝基板直接接触。

基座上的热直接传导至LED的外部。

这种内部结构去处了管芯和基座之间的介质减少了热阻，更直接地将管芯的结温导出(见图2a)。

本文研究的LED汽车前大灯主要散热路径是：管芯→铜合金基板→铝基板→散热器或机壳→环境空气，(见图2b)。

若LED的结温为TJ，环境空气的温度为TA，散热垫底部的温度为Tc(TJ>Tc>TA)，在热传导过程中，各种材料的导热性能不同，即有不同的热阻。

LED汽车前大灯散热技术

LED汽车前大灯散热技术关键词：前大灯散热技术时间：2011-06-23 17:03:11 来源：网络众所周知，半导体材料在工作时受环境温度影响较大。

大功率LED的光电转换效率更低，工作过程中只有10%～25%的电能转换成光能，其余的几乎都转换成热能。

加之汽车前大灯安装在炙热的发动机舱内，高温水箱、引擎、排气系统所产生的热将LED前大灯置于严酷的环境中。

传统车灯灯泡所产生的热远高于LED，但灯泡输出的亮度不会因为热而变化，其热设计的重点是壳体内的均温设计。

而LED的光输出却会因为自身的热或来自发动机舱的高温而影响本身PN结温稳定，LED光通量ФV和波长等重要参数受到PN结温的直接影响，这种不良的温度循环将导致发光效率和寿命急剧下降。

因此散热成为LED作为光源设计的重要课题。

1、汽车前大灯的散热技术1.1 被动散热与主动散热通常LED汽车前大灯散热技术散热设计中，焊装大功率LED的电路板被紧紧固定在散热器上。

LED工作时所产生的热量通过传导方式经由电路板被传导到热传导率较好的铝质散热器上。

铝质散热器的翼片与空气大面积接触将热散发开来。

为了有效地减小散热器和电路板之间的热阻，其间填充了导热介质。

选用的散热器其翼片形状和面积是可以满足LED大灯散热方案的设计。

这种散热方式我们称之为被动散热[2]。

主动散热常用液冷、热管、风冷等方式。

风冷散热具有价格较低、安装简单等优点最为常用。

针对被动散热方式存在的散热器中心区域温度相对集中的情况，加装风扇强制对流后(见图1)，对缓解散热器温度不均匀有明显效果。

1.2 LED散热通道设计图1：加装风扇后强制对流通常LED被焊在双面敷铜层的印制板(PCB)上[1]，LED的底面与PCB的敷铜面焊在一起，为提高散热效率，以较大的敷铜层作散热面。

LED汽车前照灯散热研究现状

LE D 汽车前照灯散热研究现状冯华云,孟庆恩(常州星宇车灯股份有限公司,常州213022)摘　要:随着大功率白色LE D 的光通量进一步提高,LE D 在汽车灯具应用中必将逐渐取代传统的白炽灯和卤钨灯,成为汽车照明的“第四代”光源。

但目前LE D 运用于汽车前照灯还面临许多技术难点,其中较难克服的一部分是LED 灯具的散热问题。

该文介绍了已有的LED 前照灯的散热解决方法,论述了当前散热方案存在的问题以及今后改善散热问题的方向。

关键词:白色LE D;汽车前照灯;散热Research on Heat D issi pati on of LE D for Auto moti ve Headl ampFeng Huayun,M eng Q i n g ’e n(Changzhou X ingyu A uto m otive L ighting Syste m Co,L td,Changzhou 213022)Abstract:W ith the lu m inous flux of high 2power white LED has been further i m p r oved,LE D will gradually re 2p lace incandescent la mp and hal ogen la mp,and become the “fourth generati on ”light s ource of aut omotive lighting .Now there are still a nu mber of technical difficulties in LED app licati on f or aut omotive headla mp,one more difficult t o overcome of which is the heat dissi pati on p r oble m of LE D headla mp.I n this paper,the current LE D headla mp s heat dissi pati on s oluti ons are intr oduced,and the p r oble m s of the current cooling s o 2luti ons are discussed,then the future directi on of i m p r oving the heat dissi pati on is given .Keywords:white LED;aut omotive headla mp;heat dissi pati on0　引言LED (L ight E m itting D i ode )以其体积小、寿命长、能耗低、耐振动、启动时间快以及环保等优势,已经成为新一代的汽车光源技术的首选。

LED汽车前大灯散热与光衰研究

LED汽车前大灯散热与光衰研究作者：徐娇来源：《山东工业技术》2018年第16期摘要：当前环保节能汽车越来越受欢迎和推崇，在车辆的节能环保上，要投入更大的研究和资源。

因此汽车在照明方面也要采取绿色节能的照明目标。

在照明上采用LED灯替代传统的卤素灯与氙气灯是必然趋势，解决LED高效率散热的问题是实现这一节能目标的首要问题，本文将通过对比分析实验样件和目标产品的相关数据信息，来重点讨论研究大功率LED 应用在汽车大灯上解决散热和光衰的新思路和具体实施方法。

希望通过研究解决减小前大灯工作温度对光衰和寿命的影响这一技术难题。

关键词：LED汽车前大灯；光衰；高效散热DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2018.16.1131 汽车前大灯的散热技术我们都了解，半导体材料的材质对工作环境温度敏感，尤其功率较大的LED发热多，温度升高快，对应半导体的光的转化能力效率很低，刚开始工作的时候只有10%到20%的电能可以转化成光能，其余电能以热能的形式进行释放，产生大量的热量。

如果不能及时给LED 提供良好散热条件，半导体的寿命会降低。

汽车的前大灯是在很热的环境中的，在汽车的发动机舱里，在这里高温的水箱、引擎、排气系统产生的热能把LED灯炙烤着，使LED的外界环境温度升高。

传统的车灯灯泡中产生的热量是比LED灯泡的热量要高很多的，它体内包含有均温设计，它灯泡的输出亮度不会伴随着环境温度升高或者本身的热而发生一定的变化。

LED的光源输出与半导体材料的PN结温温度有关，而其自身的热或者是来自发动机舱内的高温热量会使得半导体材料的PN结温温度持续升高，散热不佳会导致LED发光效率降低，亮度降低，大幅缩短半导体寿命。

所以散热的效果就成为了LED作为光源设计的重要研究方向。

在前大灯的散热技术中，有被动散热和主动散热两种，这里所说的被动散热就是在一般的散热设计里，在安装大功率的LED的电路板时被紧紧的固定在散热器上，在LED进行打开工作时的热量在通过传导由电路板被传导至效率比较好的散热器上面，铝制品散热器的翼片通过和空气大面积的接触传导进行散热。

大功率LED灯具散热装置的设计探讨

大功率LED灯具散热装置的设计探讨摘要：随着经济的发展，全球能源问题和环境问题日益严重，对国家的持续发展造成了严重的阻碍，尤其是在照明系统上，消耗能源较大，基于此，本文针对大功率LED灯具散热装置的设计展开全面的分析。

本文首先对大功率LED 灯具散热装置进行了全面的研究，分析影响散热的主要原因，继而对大功率LED 灯具散热装置进行具体的设置，保证散热工作可以良好的进行，以期为灯具设计人员提供参考，降低能源消耗量。

关键词：基板热阻；散热器；散热模型引言：近年来，LED照明技术不断发展，相关照明产品得到了全面普及，但是随着功率的提高，LED中的散热问题日益严重，严重制约了LED照明产品的发展，因此必须要全面解决散热问题。

纵观现阶段的发展情况来看，LED技术的市场前景良好，虽然发展历史较短，但是具备着其他几代光源都没有的明显优势，可以说LED是未来的绿色光源，加强对LED技术的深入研究，从根本上解决散热问题具有着十分重要的现实意义。

一、大功率LED灯具散热问题分析随着LED灯具中芯片功率不断加大，芯片中的热量不断聚集，散热问题严重阻碍了大功率LED照明系统的发展，常见的散热模式有三种热传导、热对流、热辐射等，一般情况下，大功率LED散热主要依靠热传导和热对流这两种方式，但是无论何种散热方式，都需要从芯片扩散到外延层，进而扩散到基板，在由基板扩散到外部散热装置，这其中任何一种装置出现问题，都会导致LED光源无法工作[1]。

普通的MCPCB板中绝缘层热导率较低，无法进行有效的散热，为了提高散热性，降低基板热阻已经成为新时期研究的主要方向。

而热界面材料能够减小界面之间的接触热阻，提升散热性，继而提高整个LED灯具的散热能力，改善散热。

散热器是整个大功率LED灯具中的一个零部件，作为最后一个散热环节，将LED芯片热源产生的热量扩散到空气中，可以说散热器能力的强弱，散热性能的优劣都会对LED灯具的散热性造成影响，因此必须要选择一个合适的散热器，才能够有效解决打动率灯具问题。

LED智能汽车前照灯的传热性能优化研究

LED智能汽车前照灯的传热性能优化研究摘要：汽车产业对社会的发展起着举足轻重的作用，关系到整个社会的发展。

纵观整个汽车业的变迁，车灯灯具一直都是汽车生产的主要组成部分。

随着科技的迅速发展，照明技术也得到了极大的发展。

车灯是行车安全的重要组成部分。

灯光的作用是识别交通障碍和交通信号，简单来说，就是将汽车前面的路和指示牌点亮；第二项是展示交通的特性。

在两个汽车相撞时，这个信号表示汽车在安全状态，以便与邻近的司机和其它车辆进行即时通讯，以防止发生事故。

在中国汽车行业的高速发展下，车灯也在不断地升级，从最初的乙炔灯到现在的高档LED汽车前大灯。

LED照明灯的有效使用关键在于它的散热，在LED汽车照明与散热控制技术中，用于灯照明设备、交通工具或其它照明控制设备的散热用途或技术用途的发明专利数最多，而专利申请数排名前3。

从该领域的专利数目来看，汽车照明系统的散热问题依然是一个亟待解决的问题。

关键词：LED汽车前大灯；传播性能；优化1.使用LED智能汽车前照灯的必要性LED是新世纪新型固态发光二极管，也是最有价值的一种。

LED车灯是一种以LED作为主要光源的车辆大灯，与其它小型轿车照明系统相比，该照明系统具有寿命长、体积小、可靠性高、响应快、控制灵活等特点，并逐渐受到国外用户的重视。

发光二极管光源的色温比较高，在色彩辨识方面比其它传统光源要好。

在防眩目的作用下，既能保证司机不被强烈的光线所阻挡，又能避免司机的视觉疲劳。

由于传统的车灯缺乏智能控制，很容易造成车辆的远光灯滥用，从而引发交通事故。

智能化将是汽车大灯智能化的发展方向。

为了实现照明系统的智能化，普通的卤素灯、氙气灯已不能满足这些需求，所以需要采用LED车灯。

通过对大量的夜间交通事故资料的分析，发现在夜间的道路上，大约有1/4的交通流量是通过夜间行车来完成的。

但是，在夜间发生的交通意外中，大约有一半是夜间发生的。

造成夜间交通事故频发的原因有很多，而车辆灯光性能的降低是一个主要原因。