汽车前大灯LED光源散热技术_李祥兵

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1、第２９卷第５期湖北工业大学学报２０１４年１０月Ｖｏｌ．２９Ｎｏ．５ＪｏｕｒｎａｌｏｆＨｕｂｅｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＯｃｔ．２０１４［文章编号］１００３－４６８４（２０１４）０５－００５２－０４汽车前大灯ＬＥＤ光源散热技术李祥兵，王春才，王坦，梅文（神龙汽车有限公司，湖北武汉４３００５６）［摘要］散热问题一直是制约ＬＥＤ在车灯上广泛运用的技术瓶颈。通过分析高温环境对ＬＥＤ的危害、ＬＥＤ的发热

2、机理，基于神龙公司某款车型大灯的ＬＥＤ散热模型，对当前通用的翅片散热法进行探讨。研究结果表明，翅片散热面积、厚度、材料等对翅片散热这种被动散热方式的散热效果影响显著，设计时需综合考虑。而翅片散热作为一种优秀的散热方案，可作为后期开发ＬＥＤ大灯的优先选择方案。［关键词］汽车大灯；ＬＥＤ；被动散热；翅片散热［中图分类号］ＴＫ１２４［文献标识码］：Ａ使用ＬＥＤ半导体照明，特别是汽车灯具的信号光效率。通常而言，温度对长波长ＬＥＤ发光效率影照明已被公认为是一种节能环保的必然趋势。ＬＥＤ响较大，而对短波长ＬＥＤ影响较小。当

3、结点温度由是一种直接将电能转化为可见光的器件，可以直接２５℃上升到１００℃时，其发光效率将会衰退２０％～［２］将电能转化为光能。１Ｗ的辐通量在最理想的情况７５％。其中又以黄色光衰退７５％最为严重。当［１］下（黑体辐射）可产生６８３ｌｍ的光通量，所以，即ＬＥＤ的结温升高时，器件的输出光强度将减小；而使ＬＥＤ的光效达到当前预期的２００ｌｍ／Ｗ，也不能当结温下降时，光输出强度将显著增加（图１）。将全部的能量转换为光能输出，因为ＬＥＤ在输入电能后，只有约１５％～２０％的能量转换为光能，而其余多达８０％以上的能量都转化成

4、了热能。因此，从ＬＥＤ的能量转化模式来看，ＬＥＤ灯具的散热问题将是一个长期存在的问题。通常，对于小功率的ＬＥＤ（１Ｗ以下），其发热问题并不严重，一般采用普通的封装结构和材料即可保证其正常使用。从当前的汽车ＬＥＤ光源来看，ＬＥＤ出现光衰导致ＬＥＤ失效的图１ＬＥＤ的光输出，寿命和结温的关系可能性很大，而这一问题的根本解决，需要从ＬＥＤ的散热方面着手。过高的热量会使ＬＥＤ的结温升１．２ＬＥＤ使用效率就会降低高，产品寿命、亮度、稳定性等下降。如果散热解决ＬＥＤ的工作环境温度越高，ＬＥＤ的寿命就会呈不好，会导致ＬＥＤ产品

5、迅速老化、失效。因此，ＬＥＤ现指数性缩减。一般而言，环境温度每升高１０℃，照明产品推广应用的关键之一就是散热技术。本文ＬＥＤ的使用寿命就会下降一半。温度每升高２℃，基于当前神龙公司开发的某款车型大灯项目，对被ＬＥＤ的可靠性就会下降１０％。因此，为了保证动散热中常用的翅片散热方式进行了研究。ＬＥＤ具有较长的使用寿命和可靠性，一般对ＬＥＤ的结温进行严格控制。ＬＥＤ结点温度随着输入功１热量对ＬＥＤ的危害分析率的增加而加大，其增大的趋势在达到额定功率后［２］加大。１．１导致ＬＥＤ发光效率降低１．３ＬＥＤ发光波长发生偏移

6、一般而言，若ＬＥＤ产生的热量无法完全导出，ＬＥＤ发光区域的禁带宽度值直接决定了ＬＥＤ将会使ＬＥＤ的结点温度过高，进而影响ＬＥＤ的发［收稿日期］２０１４－０４－２２［作者简介］李祥兵（１９８１－），男，湖北宜昌人，工学硕士，研究方向为灯具的设计开发第２９卷第５期李祥兵，等汽车前大灯ＬＥＤ光源散热技术５３器件发光的波长或颜色。蓝光、白光ＬＥＤ材料属于ＩＩＩ－Ｖ族化合物半导体。随着ＰＮ结的温度升高时，材料的禁带宽度将减小，导致器件发光波长变长，颜色偏红，整个ＬＥＤ串的均匀性就会变差。一般而言，在１００℃下，波长可以偏

7、移４～９ｎｍ，ＬＥＤ波长发生红移，会导致ＬＥＤ荧光粉的吸收率下降，总的图３ＬＥＤ的散热路径发光强度减少，白光色度变差，即出现色差。在实际散热的实现方式中，ＬＥＤ产品的散热方式分为主动散热和被动散热。主动散热主要包括：２ＬＥＤ热量产生的机理分析加装风扇强制散热、水冷散热和半导体制冷散热；被动散热包括自然对流散热、均温板散热、热管及回路ＬＥＤ靠电子在能带间跃迁产生光，其光中不含红外成分。因此，产生的热量不能完全靠辐射发出，热管散热等。故ＬＥＤ是冷光源。ＬＥＤ的基本结构是一个半导体ＰＮ结。当电３汽车前大灯ＬＥＤ翅片散

8、热技术流流过ＰＮ结时，所加入的电能并非全部转化为光能，大部分以热能的形式留在ＰＮ结上，使ＰＮ结温ＬＥＤ散热的出发点都来源于热量的传递方式：上升。对于ＬＥＤ的热管理，主要可以分为热量的导对流、传导和辐射。对ＬＥＤ本身而言，考虑到汽车出和热量的散发两个部分，即导热和散热。一个典灯具的特殊性，ＬＥＤ的散热主要从对流和传导方面型的ＬＥＤ结构及其内部的热量流向如图２所示。将ＬＥＤ所发出的热量转移