汽車燈具散熱方式與方法研究

1、汽車燈具散熱方式與方法研究【摘 要】汽車燈具作為汽車照明與信號裝置的主要實現(xiàn)方式，在近年來隨著技術(shù)工藝的革新也由原來的氙氣燈開展為如今的LED燈，這種燈憑借節(jié)能環(huán)保、使用壽命長，且亮度更高等優(yōu)勢已經(jīng)成為汽車的普遍選擇，但是在散熱方面有一定的待進步性。本文將詳細對汽車燈具的散熱方式與方法進展討論研究?！娟P(guān)鍵詞】汽車燈具；散熱；方式方法1 前言汽車燈具包括內(nèi)部燈和外部燈，其中外部前照燈大燈因為是汽車夜間行駛照明的最重要保障和發(fā)出行駛信號的主要途徑，所以對其亮度功率都有很大的要求，一般在40-60W之間，大功率引起高溫度的產(chǎn)生，而高溫卻會對LED芯片的發(fā)光效率產(chǎn)生很大的負面影響。因此，研究出高效率的

2、車燈散熱管理技術(shù)是當(dāng)前車燈設(shè)計亟待解決的問題。2 燈具結(jié)溫與散熱2.1 LED運行熱傳遞過程LED燈作為一種固態(tài)的二極管發(fā)光器，由磷化鎵、磷砷化鎵等III-V族化合物制成的半導(dǎo)體、具有極高的電光轉(zhuǎn)換性能，LED開啟運作后，在外部電場作用下，正向電流流過半導(dǎo)體，內(nèi)部芯片首先產(chǎn)生熱量，再以熱傳導(dǎo)、對流和輻射三種形式進展傳遞，其中，熱傳導(dǎo)是熱量傳遞最主要的傳遞方式。因此通過改變熱傳導(dǎo)才能來進步散熱性能是解決散熱問題的可行方法。從一般LED燈具的構(gòu)造來看，LED線板空氣熱阻力的大小對散熱性能起到著決定性作用。而這又可從以下三個方面進展分析：1線路板熱阻大小的影響因素有：線路板材料、LED間距、電阻分布

3、形式、LED與線路板連接方式；2熱阻大小對芯片產(chǎn)生的熱量能否導(dǎo)出到支架或熱沉上有起到直接性作用；3假設(shè)線路板到空氣的熱阻值過大，那么傳遞到線路板的熱量會因聚焦過多而使線路板的溫度快速上升到一個過高值，而對LED造成加速光衰、器件損壞等危害性后果。2.2 結(jié)溫的產(chǎn)生LED的光電轉(zhuǎn)換率只有20%，其余都轉(zhuǎn)化為熱量，結(jié)溫由此產(chǎn)生。一般來說，詳細產(chǎn)生原由有下面兩種：1內(nèi)部量子效率不高。內(nèi)部芯片的電子和空穴復(fù)合時，因電流泄漏使PN區(qū)載流子復(fù)合率降低而不能完全產(chǎn)生光子，那么這部分泄露的電流和電壓的乘積就是轉(zhuǎn)化成熱能的功率，產(chǎn)生出熱量結(jié)溫；2外部量子效率不高。電子和空穴復(fù)合時生成的光子無法全部映射到芯片外部

4、而轉(zhuǎn)化成熱能，且絕大多數(shù)的光子因極低的外部量子效率最終都轉(zhuǎn)化成了熱量，形成結(jié)溫的主要部分。2.3 燈具散熱的重要性LED燈具雖然本身的功率不大，輻射出的熱量也不多，但是因為在功率和光能的轉(zhuǎn)換上，如上文所述，只有一小部分轉(zhuǎn)化為光能，剩余大部分都轉(zhuǎn)換成了熱量，產(chǎn)生較高溫度，而LED本身的特性又決定了其在較高溫度集結(jié)的環(huán)境下，芯片的熱密度會升高達上百瓦每立方，結(jié)溫的升高會導(dǎo)致LED光輸減少，這種情況下，發(fā)光的效率大大地降低，光衰明顯，且芯片加速地老化，縮短了使用壽命。這就是大功率LED等的發(fā)光與散熱之間的矛盾所在。因此，只有設(shè)計出科學(xué)合理的散熱管理系統(tǒng)，才能保證LED燈具的正常、持久高效地運行，確保

5、汽車行駛平安，也延長了使用壽命，降低了維護本錢。3 燈具散熱的方式方法根據(jù)上文所述的熱量產(chǎn)生的過程及原因，在詳細的燈具散熱技術(shù)開發(fā)和施行中，有以下幾種方式方法：3.1 內(nèi)部方法內(nèi)部方法即從LED燈具自身著手，根據(jù)其構(gòu)造性能提出的方法：1改進LED的封裝技術(shù)，實行金屬外表絕緣，減少導(dǎo)熱性，再從間距、分布及連接方式等方面，降低內(nèi)部熱阻，加快散熱速率；2一方面進步光子和電能的轉(zhuǎn)化率，減少光子向熱能的轉(zhuǎn)化機率；另一方面提供工藝技術(shù)，減少電流泄漏的機率進步載流子復(fù)合率；3可通過進步LED允許的最大結(jié)點溫度值來增加最大允許的散熱設(shè)計溫差，增強散熱設(shè)計的可操作性和散熱實效。3.2 外部方法所謂外部方法，是指

6、通過利用不同的散熱裝置，從而從LED外部實現(xiàn)散熱：1直接把金屬線路板作為熱沉向外部環(huán)境散發(fā)熱量，經(jīng)過自然空氣的流動作用，實現(xiàn)線卻降溫；2調(diào)整散熱片構(gòu)造，擴大現(xiàn)有的面積、選用導(dǎo)熱性能佳的鋁材，進步傳導(dǎo)效率。但這種方式只能適用于較低熱流密度的LED 系統(tǒng)，對于高熱流密度那么不適用；3在燈源處加裝小型的散熱風(fēng)扇，與燈具同事運作，形成與外界空氣熱交換的強迫對流，這樣風(fēng)扇在加速散熱片散熱的同時，對流空氣也直接把部分熱量從線板帶走，實現(xiàn)散熱。但此法中的風(fēng)扇只能吹散LED外部的一部分熱量，無法作用到起線板內(nèi)部，且在汽車行駛過程中存在不穩(wěn)定因素，因此此法尚待進步；4在LED燈具的反面加裝帶有針肋的熱沉，同時加

7、裝電壓風(fēng)散來散熱。但此法只適用于小功率管的LED燈具。3.3 微觀方法1使用純鋁為根底材料，采用量子調(diào)控技術(shù)，參加熱運動簡諧振動頻率高的聲子晶體材料，并參加一些遏制非簡諧振動的聲子晶體材料，制成具有高比熱容、快速平衡性能和可以與空氣快速熱交換的高性能散熱材料；2用技術(shù)手段進步熱量流動的速度和頻率，使其進展技術(shù)型性主動散熱；3參加溫度范圍更寬的熱電波轉(zhuǎn)換材料，將熱能轉(zhuǎn)換成頻域更寬的電磁波向空間發(fā)射；4使用技術(shù)手段來豐富熱子轉(zhuǎn)化成光子的頻域，加大散熱效率。綜上所述，要實現(xiàn)LED燈具的散熱，最主要就是采用最短的熱途徑，擴大散熱面積，想方法讓熱量以最高的速率輸導(dǎo)出去，最終確保把LED燈具運行溫度控制在平安標(biāo)準(zhǔn)范圍以內(nèi)，進步燈具的質(zhì)量和使用可靠性。4 完畢語以LED為載體的汽車燈具是控制方便、節(jié)能環(huán)保、操作響應(yīng)快等諸多優(yōu)點，是汽車平安行駛的重要工具，但燈具的散熱問題作為作為LED本身美中缺乏的缺憾，也是汽車燈具制造行業(yè)不斷努力攻克的難題。我們還需要進展不斷地積累經(jīng)歷、更新研究，在現(xiàn)有的技術(shù)方案下精益求精，力爭把這一世界性難題完美解決。參考文獻：4佟