緊湊型LED汽車前照燈散熱研究

緊湊型LED汽車前照燈

散熱和配光設計

報告人：李海濤摘要：功率相同時，LED光源模塊的熱阻隨芯片數(shù)量的增加呈線性關系下降，芯片密度增加不會引起光子自吸收。使用一種特殊硅油封裝前照燈，采用9芯片封裝的光源模塊作為前照燈光源，進行遠光燈的散熱和配光設計，結果表明液體封裝遠光燈光源散熱面積增加1倍以上，前照燈長43mm，直徑40mm，橢球型液體透鏡滿足GB25991-2010遠光配光要求。231緒論LED汽車前照燈散熱技術分析LED光源模塊結構優(yōu)化54液體封裝遠光燈散熱和光學設計總結1

緒論汽車前照燈發(fā)展歷程汽車前照燈的光源性能國內外LED前照燈技術現(xiàn)狀LED前照燈現(xiàn)狀總結煤油燈乙炔燈1903冷光源白熾燈1925鹵素燈1959HID1995LED燈2007汽車前照燈發(fā)展歷程燃料光源電光源白熾燈鹵素燈HID燈LED光效10lm/w25lm/w90lm/w150lm/w壽命100h>300h>3000h幾萬hLED響應速快(LED1ms內、白熾燈200ms)、抗震、體積小、工作電壓低、電流小、綠色環(huán)保。汽車前照燈的光源性能2007年5月日本小糸和日亞化工研發(fā)的LED近光燈安裝在雷克薩斯LS600h上2008年奧迪R8安裝了Lumileds和Osram研發(fā)的全LED前照燈。2009年雷克薩斯RX450h、普銳斯、HS250h三款車安裝了LED前照燈。2011年奧迪R8安裝上Philips的LED光源作為前照燈。2012年奧迪A6、奔馳CLS350、寶馬6系列開始使用LED前照燈。國外LED前照燈技術現(xiàn)狀吉林東光瑞寶車燈有限責任公司基于奔騰B50車型研制的LED前照燈國內LED前照燈技術現(xiàn)狀3個近光模塊2個遠光燈模塊工作溫度90℃壽命10000h以上LED汽車前照燈最先在近光燈上得到應用。LED汽車前照燈市場占有率極低。LED汽車前照燈技術水平低，散熱問題沒徹底克服造成。

國內外LED前照燈現(xiàn)狀總結2LED汽車前照燈散熱技術分析

自然散熱散熱片材料散熱片結構主動散熱

風冷

水冷

導體制冷熱管散熱自然散熱工作液體要求粘度小、密度小10個熱擴散板，每個上固定3顆LED，2.7W/顆第一個熱擴散板和最后一個熱擴散板的溫度還有不足5℃液冷25℃環(huán)境中，把18W的白光LED光源結溫降低到59.7℃。風冷及熱管散熱半導體散熱器是根據(jù)特殊半導體熱電效應制作的散熱器件，散熱器可以做成片狀。直流電經(jīng)過P型半導體時吸收熱量形成冷端，在N型半導體上釋放能量形成熱端，冷端可以安裝LED光源。半導體散熱器可靠性高，體積小。半導體散熱1每個燈具由幾種散熱方式組合完成。2這幾種散熱方式均從LED光源背光面，熱接觸面小。3

散熱不足加上想要的配光元件導致燈具體積龐大?？偨Y2

LED光源結構設計

LED結溫對光電性能的影響芯片結構對光源性能的影響

LED光源熱阻計算及分析LED光源光輻射試驗及分析光通量與結溫輻射波長與結溫正向電壓與結溫正數(shù)常量，負數(shù)常量LED結溫對光電性能的影響圖1a.正裝芯片示意圖圖a為GaN襯底的LED芯片，芯片直接用導熱硅膠結合在小尺寸反光碗或載片臺上，光效受兩個因素制約：1.P—GaN導電效率低，在P電極和P—GaN之間加NiAu合金電流擴散層，太薄會影響電流均勻度，但厚度增加吸收的光也會增加。2.藍寶石導熱能力差芯片結構對光源性能的影響

圖b也為GaN襯底的LED片，芯片直接貼裝到硅載體或PCB基板上，優(yōu)點體現(xiàn)在：1.用高反射率的金屬作接觸層提高了光的取出效率，采用0.12um厚的Ag和Al對470~520nm光的反射效率分別達96%和84%。2.P-N結到硅底板的熱阻小。

圖1

b.倒裝芯片示意圖芯片結構對光源性能的影響LED光源熱阻計算及分析芯片與環(huán)境之間溫度差(1)PN結到基板之間的熱阻(2)(2)式代入(1)式(3)光源的總熱阻

(4)同一光源的芯片具有相同的幾何尺寸、相同的材料、相同的熱光電性質，每個芯片的工作條件也相同，即每個芯片產生的熱量相同LED光源熱阻計算及分析相同光源模塊材料、相同功率，光源模塊總熱阻隨封裝芯片數(shù)量的增加呈線性關系下降。光源模塊封裝結構受封裝技術制約，模塊的芯片集成密度受引線及固晶技術限制，應在現(xiàn)有技術能力下增加芯片集成密度。溫度：25℃光源模塊：……結論：LED器件之間無光子吸收現(xiàn)象LED光源光輻射試驗及分析1.倒裝芯片優(yōu)良的光電熱特性，適宜在大功率光源中采用。2.LED光源功率一定時，熱阻隨芯片數(shù)量增加呈線性關系下降。3.對芯片封裝的LED光源模塊，芯片之間無光子自吸收現(xiàn)象，光出射效率不會降低。4.遠光燈或近光燈采用9顆1mm

1mm，光通量1300lm。結論4遠光燈配光和散熱設計光學

熱學緊湊型LED前照燈散熱結構合理散熱材料熱傳導、熱對流及熱輻射能力強與出光面接觸的散熱材料有良好光學特性與出光面接觸的散熱材料化學特性良好與出光面接觸的散熱材料不損傷光源表面光源模塊全表面散熱措施4遠光燈配光和散熱設計液體遠光燈散熱方案

LED光源模塊熱阻為12℃/W

銅棒長8mm，直徑10mm，熱阻為1.28℃/W外殼厚度很小，熱阻可以忽略不計

液體通過熱傳導熱熱對流兩種散熱，溫度分布不均勻、形狀不規(guī)則，不能通過計算得到散熱性能數(shù)據(jù)，可以通過測量光源溫度得到其散熱效果。光通量隨結溫變化LED光源液體遠光燈散熱方案液體封裝LED遠光燈照度分布入射光通量：1130.28lm光能利用效率：86.94%液體遠光燈配光設計EmaxHV點HV點至1125R或LHV點至2250R或L國標要求≥48≥0.8Emax≥24≥6仿真結果56.1456.14≥49.97≥23.50測試結果54.17±1.0854.17±1.08≥46.94±0.97≥25.60±0.60液體封裝LED遠光燈仿真結果（