离子风作用下的LED前照灯光热关联特性研究

发布时间：2020-07-10 03:57

【摘要】：近年来,随着汽车工业的飞速发展,汽车的智能化以及外形的美观化也成为了消费者选择汽车的主要评判标准。作为汽车整体外观以及汽车行车安全的重要组成部分,汽车前照灯的选择以及外观的设计尤为重要。传统照明光源,如白炽灯、卤素灯、氙气灯等用于汽车前照灯虽然也能达到良好的照明效果,但在当前节能环保,智能化要求日益提高的今天,传统光源已经难以适应时代需求。采用大功率LED作为汽车前照灯光源得到了广大汽车厂商的重视。然而,大功率LED在恶劣的环境下工作时,会出现芯片结温升高的现象,如果LED芯片结温得不到有效的控制,将会大大影响LED前照灯的照明性能和使用寿命。因此,探寻一种高效的散热技术用于大功率LED芯片的散热显得尤为重要。针对传统散热技术在大功率LED芯片散热应用中的缺点,本研究基于电晕放电原理,设计了一种“针-网”式离子风发生器,通过试验及计算研究了离子风在放电空间中的分布特性。研究了针状发射电极的布置方案、针尖曲率半径、施加电压、电源极性等要素对离子风发生器散热性能的影响,优化离子风发生器结构参数和运行参数。在优化后的散热器作用下测量大功率LED芯片结温、光通量、相关色温、显色指数、发光强度等热学特性参数和光学特性参数,研究其光热关联特性,验证离子风散热技术用于大功率LED前照灯散热的可行性。研究结果显示:(1)优化后的离子风发生器采用较细的针状放电极(针尖曲率半径80μm,相邻针间距18 mm),较小网格密度的网电极(20 in~(-2)),放电间隙5 cm,采用负电晕放电。(2)优化后的离子风发生器在电晕放电功率为3 W时可有效降低LED芯片的结温,将结温控制在30°C左右。(3)优化后的离子风发生器能有效控制LED前照灯光源发出光色度坐标蓝移,光通量衰减小,相关色温和显色指数均没有明显变化。(4)离子风作用下LED前照灯发光强度分布范围更宽,更加对称和均匀,高亮度中心和弱侧边缘,更适合于驱动光束照明。
【学位授予单位】：江苏大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TM923.34;U463.65
【图文】：

前照灯,光源,白炽,碳丝

(a) 煤油灯 (b) 乙炔前照灯图 1.1 非电光源前照灯Fig.1.1 Non-electrical light source headlight光源类前照灯主要包括白炽前照灯、卤素前照灯和氙气前照灯。1）白炽前照灯。白炽前照灯的工作原理是：通电将白炽灯的灯丝加热到白炽辐射发出可见光。早在 1879 年，美国发明家托马斯·阿尔瓦·爱迪生就发明了白的白炽灯灯丝是由碳丝作为材料的，碳丝燃烧很快且脆弱的碳丝在行车过程的颠簸，无法有效应用到汽车前照灯上，因此还是乙炔灯率先应用到了汽车到 1913 年，灯丝采用螺旋钨丝的白炽灯问世，发光效率从碳丝白炽灯泡的 1 151~181 m/W。凯迪拉克汽车随后就将其应用到了汽车前照灯上，开启了汽代。由于受当时科技水平和汽车本身电气系统的制约，电气照明直到 1925 应用。由于白炽前照灯是利用热辐射来实现照明的，导致其缺点也很明显：发光效率低、使用寿命短。

电光源,前照灯

(a) 白炽灯 (b) 卤素灯 (c) 氙气灯图 1.2 电光源前照灯Fig.1.2 Electrical light source headlight冷光源即发光二极管（Light Emitting Diode，LED），是一种能够将电能直接转化见光的半导体器件，早在 20 世纪 60 年代就已经产生，但当时 LED 发光效率和发光强小，所以只能用作仪器仪表的指示光源。直到 20 世纪 90 年代，基于半导体材料氮化GaN）和铟氮化稼（InGaN）的蓝光 LED 的发明，LED 才具有了商业应用价值。进1 世纪以来，随着半导体工艺、封装技术、半导体材料技术的发展，LED 的发光强度和效率取得了突破性进展，使得 LED 的使用范围变得更加广泛[4]。

前照灯,年代

Fig.1.2 Electrical light source headlight极管（Light Emitting Diode，LED），是一种能，早在 20 世纪 60 年代就已经产生，但当时 LED仪器仪表的指示光源。直到 20 世纪 90 年代，基（InGaN）的蓝光 LED 的发明，LED 才具有了导体工艺、封装技术、半导体材料技术的发展，进展，使得 LED 的使用范围变得更加广泛[4]。

【参考文献】