基于热管的汽车LED大灯散热装置设计与研究

发布时间：2020-04-27 14:23

【摘要】：近些年来发光二极管(LED)正逐步的成为我们新时期的光源,在汽车领域的应用越来越广泛,也即将成为新时期汽车主要光源。但由于车用的前照LED大灯的功率较大,热流密度较高,在密闭狭小的空间里面高效快速的散热很大程度制约了汽车LED大灯的发展;多余的热量不及时的散出也会影响LED的使用寿命。如何解决大功率LED汽车大灯照明中的散热问题,一直制约大功率LED汽车大灯的发展。本文针对汽车LED大灯散热问题进行如下研究和设计。首先,本文对各种散热方式和散热结构等进行分析对比后,结合目前LED的发展现状等方面。通过SolidWorks软件设计以大功率LED为光源的汽车前照大灯,各自配备三种不同的基于热管技术的散热器,分别为:基于微热管散热器;平板微热管散热器以及脉动热管的散热器。这三种散热器主要特点为结构简单散热高效同时宜生产可以满足目前汽车卤素大灯到LED大灯改装。其次,将其中具有代表性的微热管LED大灯散热器模型导入ANSYS Workbench有限元分析软件,通过温度模拟分析芯片结点,散热器前端温度和散热器末端温度仿真数据。通过理论定性的分析计算微热管散热器是否满足大概率LED大灯的散热需求,是否满足散热器的经济节能环保的性能。模拟的过程中针对车灯运行的不同工况,研究了热阻、环境温度及翅片组上的对流换热系数等参数对散热器性能的影响,进行微热管车灯散热实验。结果表明:正常工作的环境下,当LED灯的功率为60W时,LED结点温度为67℃,散热器的热阻稳定在0.61K/W;复杂环境温度和高功率工况下,LED结点温度都低于120℃,翅片上的对流换热系数大于80W/m~2·K以后,LED结点温度趋于平稳。最后,我们通过实验验证汽车LED大灯微热管散热器具有可行性。通过搭建实验平台,测量结点温度与散热器末端温度,结果表明:微热管散热器结点温度在功率为50W结点温度为60℃,末端温度为30℃,微热管的启动时间为3min。然后,实验三种不同介质丙酮,乙醇,蒸馏水不同充液率对热管散热性能。实验结果说明:丙酮效果最最佳,最低结点温度为52℃。充液率在30—40%是为最佳充液率。通过本文模拟和验证试验得出了基于热管技术在汽车LED前照大灯的是一个不错的探索方向,在某种程度上有效的降低LED大灯的结点温度。提高了LED的散热效率,使LED大灯的使用寿命得到了增强。也说明新型的热管式散热器能满足LED大灯散热要求。
【图文】：

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图 1-1 汽车大灯发展历史1.1.3 汽车 LED 大灯发展现状汽车 LED 大灯的目前世界上有很多公司生产制造。主要包括美国的 Cree公司、飞利浦流明公司，日本的小糸公司，德国海拉和法雷奥公司。国内的 LED车灯公司据笔者了解目前 LED 照明公司规模都不是很大，优秀点的公司年营业额在 2 亿左右，包括一些上市公司，比如莱蒂亚（鸿利光电子公司），洲明科技，雷曼光电，勤上光电，万润科技，奥拓科技等公司。虽然和国际一线品牌质量和照明效果没有办法比较但是国产 LED 芯片的价格上有很大的优势。LED 灯应用较为广泛，如今多少需要照明的地方基本可以被 LED 大灯取代。图 1 所示 LED 大灯应用市场结构图。不难发现汽车照明市场占有率大概在 10%左右，并且在不断的发展[10]。

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安徽建筑大学硕士学位论文第二章汽车 LED 大灯散热理论片的热阻 R1，芯片到散热器底面的热阻 R1-2，，导热硅胶质的热阻 R2，导热硅脂与内部热沉接触的热阻 R2-3,内部热沉热阻 R3,包含芯片与散热器之间粘结材料料层的接触热阻 R3-4 ，散热器的热阻 R4。其中，R1 具体为芯片 PN 结灯芯片，R2 导热硅胶质的热阻，R3 环氧树脂壳体及热沉的封装热阻，R3 跟 LED 光源芯片的封装材料和封装工艺有直接的关系；R4 主要与散热器结构材料散热方式等有关；这也是散热器热阻的重点控制项目。通过电阻的串联算法计算出一个总的热阻最后来评价散热器的好坏。环氧树脂导热硅脂R1R1-2(a) (b)
【学位授予单位】：安徽建筑大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U463.651

【参考文献】