汽车LED车灯散热结构设计
汽车 LED车灯散热结构设计
摘要：LED以其体积小、寿命长、能耗低等优点，为汽车车灯提供了新一代
光源。
使用LED作为光源不仅可节约能源，还能延长其使用寿命。
本文主要分析
汽车LED车灯散热结构设计。
关键词：LED车灯；散热结构；设计
1、LED车灯概况
LED车灯是指使用LED作为车灯的光源，它以高亮度、低功耗、长寿命等优
点在汽车领域得到了广泛应用。
具有以下优点：①长寿，通常是几万甚至十万小时。
一些人认为，若未来汽车照明灯使用LED，汽车的整个寿命将无需更换灯具。
②高效节能。
LED光源可直接产生车灯所需的红色、琥珀色等颜色，无需滤色，
无损耗，功耗高达80%。
③高光质，无辐射，属环保产品，“绿色”光源。
④LED
结构简单，内部支撑结构，四周采用透明环氧树脂密封，抗震性好。
⑤点亮无延时，亮灯响应速度快，适合快速移动物体使用。
⑥适于低电压工作，可充分用于
汽车。
⑦L ED覆盖面积小，设计者可随意改变灯具模式，使汽车造型多样化。
2、LED前照灯应用中需解决的关键问题
2.1光学设计
因LED前照灯的工作原理与卤素灯及氙灯工作原理完全不同，因此LED汽车
前照灯的光学设计不能应用以前的设计方法，必须重新设计。
另外，LED车灯的
光源通常由多个LED芯片集成，然后通过光通量的叠加来满足亮度要求。
因此，
有必要对各光源的出光反射及汇聚进行综合配光设计。
2.2驱动电源设计
汽车电源为12V或24V，LED通常由直流供电，需进行电源转换才能输出稳
定的直流电源。
另外，LED前照灯安装于发动机舱内，振动、高温、潮湿等环境
对驱动电源耐受性也有很高要求。
此外，根据实际需要，驱动电源还需有调光或
恒流控制功能，从而增加了驱动电源设计难度。
2.3散热设计
因LED芯片固有的“缺陷”，其光亮转换效率仅为20%～30%，且发光波长不能被红外辐射散热，这意味着大部分能量将转化为热量。
LED前照灯使用大功率LED光源，可产生更多热量。
此外，发动机舱的高温也使其更难散热。
由于热量的积累，芯片结温升高，这将导致一系列负面影响，如降低光效及缩短寿命等。
因此，散热设计已成为LED车灯最大的问题。
3、汽车LED前照灯散热模型的建立
3.1两相流原理
由两相物质（至少一相为流体）组成的流动系统称为两相流，热管是两相流的典型应用。
闭式管内真空后，将少量介质填入饱和液体，饱和液体从高温侧吸热汽化，饱和气体放热冷凝到低温侧，形成高速传热管，简称热管。
热管热导率高达100000W/（m•K），广泛用于高热流半导体器件的散热。
3.2风扇散热主要因素
散热风扇是将电能转化为动能，改变散热元件周围空气扰动，提高对流换热系数，提高散热性能。
散热风扇性能指标以风量、风压、转速等为表征，其选型应根据特性曲线确定。
3.3建立模型
设计三款LED前照灯结构，并根据热模拟结果确定最佳散热方案。
1）经典LED散热结构。
光源通过芯片、焊料、基板、导热胶固定在导热管上。
导热管再经铆压、粘结、共晶方法、散热片进行无缝连接。
改变基体、导热胶、导热管、散热器材质，计算LED结温，并根据结温判断模型的最佳散热组合。
2）集成LED 散热结构。
采用倒装芯片固晶工艺，LED芯片直接焊接在扩展铜基板上，然后经铆压与集成散热结构无缝连接。
集成散热结构包括导热管与散热片，其直径与高度均小于经典LED散热结构。
通过改变一体式散热器材质，可根据结温判断不同材质的散热效果。
3）基于热管与风扇的LED散热结构。
其与集成LED散热结构相同，不同之处在于扩散铜基板直接与导热管相连，导热管与散热器相连，散热
器的另一侧装有静音风扇。
通过改变热管与散热器材质，增加风机强制对流，可
判断不同组合的散热效果。
4、汽车LED灯结构模型仿真分析
利用有限元分析软件ANSYS，对LED灯散热器结构进行稳态热力学仿真分析。
空气对流系数设为10W·m-2·K-1，环境温度22℃。
这两种LED灯散热器结构设
计除有无散热槽区别外，其他相同。
LED芯片由碳化硅材料制成，芯片的粘接层
为环氧粘接层，基板为散热性好的铜基板，导热粘接层为纳米银浆材料，散热器
材料为铝合金。
通过仿真计算，得到了两种有/无散热槽LED灯的稳态温度与应
力分布。
经计算，无散热器LED灯初始结构的最高温度和最大应力分别为75.661℃与327.81MPa，有散热器LED灯初始结构的最高温度和最大应力分别为74.068℃
与316.86MPa。
当LED用作光源时，通常要求最高结温不超过70℃。
5、有/无散热槽的LED灯散热器结构优化
优化时，采用参数化建模方法。
设L、H1、N、S1、H2分别为底座边长、底
座厚度、翅片数、翅片厚度、翅片长度的直接参数。
间接参数翅片间距S2=[L-
（S1·N）]/（N-1）。
优化中，参数优化顺序是翅片数、翅片厚度、底座边长、
翅片高度。
确定翅片厚度时，根据第一步确定的翅片数量进行N+Δn优化，经正
交设计确定翅片数及其厚度库，以得到最佳翅片数与厚度。
结果表明，当底座边
长为44mm，肋片厚为1.8mm时，LED灯温度与应力最低，分别为67.57℃、
287.57MPa。
当导热层厚度从0.08mm变为0.35mm时，芯片温度与热应力无显著
变化，温差约为0.01℃。
因此，以0.12mm最低温度与热应力导热层厚度为确定值，此时温度为66.44℃，应力为235.75MPa。
对肋片长度24、26、28、30、32、34、36mm及底座厚度10、11mm进行控制变量仿真分析，随着肋片长度的增加，
两组变量值发生了显著变化，相邻组间温度降低了约2.5℃，热应力降低了约
11MPa，选择质量相对较低的10mm为确定值。
针对具有散热槽结构的LED灯，优
化了12个参数变量，计算176组参数模型，并对其结构进行仿真分析。
结果表明，当底座边长44mm，肋片厚度1.8mm时，结构温度与应力分别为65.83℃、274.59MPa；当导热层厚度从0.08mm变为0.35mm时，芯片结温与热应力逐渐降低，0.38mm后逐渐增加，但不明显，此时温差与应力变化值约为0.01；因此，
选择相对较低的导热层厚度0.17mm为相对优化值，温度为62.795℃，应力为
218.9MPa；考虑到加工难度及质量控制，热罐高度4mm，深度9mm为相对优化值，温度62.85℃，应力252.23MPa；随着肋长增加，芯片结温与热应力逐渐降低。
考虑质量因素，选取肋长34mm，底座厚度9mm为优化参数值，结构温度为
62.78℃，应力为251.67MPa。
由此可见，散热器采用散热槽结构，能提高LED汽
车前照灯散热性能，为LED汽车前照灯设计提供了理论指导。
结语：LED技术还在飞速发展、不断更新，光学和热学性能设计也将越来越好，对其在汽车车灯上的应用提供更好的支撑。
参考文献：
[1]刘国学,刘威,王波,等.LED汽车灯具结构优化设计[J].汽车电
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[2]樊亚松.LED汽车前照灯散热结构设计与分析[J].电子元件与材
料,2019(07).
[3]王耀珑.LED汽车前照灯散热结构设计与分析[J].照明工程学报,2015(09).
[4]郁秋华.LED车灯散热器优化研究[J].科技视界,2019,000(022):21-23.。
LED汽车灯散热器结构设计与散热分析
LED 汽车灯散热器结构设计与散热分析摘要：在汽车结构中，LED汽车灯是非常重要的组成部分。
本文对LED汽车灯散热器的结构设计与散热分析进行论述。
为进一步优化和提升液态金属散热性能，采用流体力学仿真方法，系统研究流速、流道结构等对LED前照灯温控性能的影响，并提出一种新的冷板流道结构，有效改善了液态金属温控效果，对包括大功率LED灯散热系统在内的其他高热流密度散热系统同样具有参考意义。
关键词：LED散热;液态金属;温控实验引言对散热系统进行分析研究，以保证车辆有良好的散热，对于车辆安全可靠运行有着重要作用。
基于传热理论和流体力学理论，根据发动机散热实际情况，对散热器结构尺寸进行设计分析。
运用三维建模软件对散热器进行实体建模，在对散热器局部进行简单处理后，将模型导入ANSYS中进行CFD仿真分析，设置边界条件，以此获得散热器的温度场、流体分布情况。
1LED散热评估实验及分析1.1模型建立分析原型为某公司的D2H型LED散热器，对其基础模型进行散热情况的模拟，并对其结构进行优化设计。
在实际使用中，热量从芯片产生，由PCB板传到散热器。
其中，芯片与PCB板上有导电胶，PCB板与散热器间涂有导热胶。
散热器采用强迫对流，风扇强制空气对流换热系数取值范围为30~100W/(m2·K)。
因为LED 发光芯片较小，可将其简化为一个热源面，并假设每颗LED的性能完全相同。
本文主要分析LED汽车灯散热器结构对散热的影响，简化LED发光芯片处温度，模型简化符合实际情况。
1.2实验数据及分析随着流量的增大，两种流体进出口的温差逐渐趋于固定的值，液态金属的稳定温差大于水;而在流量较低的工况下，由于流体在冷板被加热和散热器被散热的时间相对增加，导致进口温度较低，出口温度较高，进出口温差较大;随着流量的增大，两种流体的散热效果都有所提升，但当达到一定流速后，散热效果的提升则变得有限，而液态金属散热系统在流量增加的过程中则更早到达散热能力的极限值。
LED汽车灯具结构设计及光学设计浅谈
LED汽车灯具结构设计及光学设计浅谈发表时间：2020-06-02T10:49:56.387Z 来源：《工程管理前沿》2020年第6卷3月6期作者：王宇[导读] 随着汽车电子技术的不断发展，汽车车灯种类不断增多。
摘要：随着汽车电子技术的不断发展，汽车车灯种类不断增多。
汽车车灯设计不仅要求具有照明功能，还要有装饰功能。
汽车大灯的基本功能还是照明，照明效果与配套装饰效果日益突出，不同类型的车辆配备不同的车灯照明。
LED是一种新型的半导体光源，其具有节能环保、响应时间短、颜色饱和度高等诸多优势，LED汽车前照灯在高端车型上应用具有很好的前景。
关键词：新型LED灯汽车灯设计 LED灯具是利用LED作为光源制造的照明器具，被誉为第四代照明灯具，LED照明灯具在汽车照明、商业照明等领域有了广泛的应用。
LED在车内照明、应急灯等方面的应用取得了显著成效，随着LED照明技术的快速发展，LED前照明技术的应用具有良好的普及前景。
对LED汽车灯的设计研究具有重要的意义。
1 汽车灯简介1.1 汽车灯的种类汽车的安全性能最终目的是保护驾驶员及车内人员安全，随着科技的发展，汽车灯已不仅是车辆的照明基础设施了，日间行车灯等设施的诞生使车辆的安全性得到了进一步的提升。
汽车灯主要种类包括组合前照灯、组合尾灯与牌照灯。
组合前照灯在车辆前部，前照灯发出的光可照亮车体前方道路，组合前照灯按光源不同分为卤钨灯、疝气灯。
组合尾灯在车辆后部，其主要作用其发出行车信号，后车灯由后尾灯、倒车灯、制动灯、后转向灯灯组成。
左右制动灯是后车灯的重要组成部分，制动灯是提示后车减速的灯，现在的制动灯一般为雾灯[1]。
高温制动灯安装在车尾上部，使后车易于发现车制动，其作用是警示后方车辆，避免发生追尾事故。
倒车灯在驾驶者挂上倒档时自动开启，其作用是夜间照明。
转向信号灯用以向行人及车辆表示车辆转向的灯具。
转向灯分为前后转向与侧转向。
1.2 LED汽车灯LED灯在汽车方面的应用非常丰富，常见的是刹车灯及转向灯，装配LED照明灯具的汽车价格呈现降低趋势，如比亚迪、上汽通用凯悦等车型后组灯广泛地应用LED光源。
LED车灯的散热与寿命延长技术
LED车灯的散热与寿命延长技术近年来，随着汽车行业的迅速发展，LED车灯作为一种新型照明装置，逐渐取代传统汽车灯具，成为主流选择。
然而，在使用LED车灯的过程中，散热问题以及寿命的延长成为了人们关注的焦点。
本文将重点讨论LED车灯的散热与寿命延长技术。
1. 散热问题LED车灯作为一种固态照明装置，其发光过程中会产生大量的热量。
如果不能及时散热，LED芯片的温度将会升高，导致灯具发光效果下降、亮度减弱，甚至加速芯片老化，缩短灯具的使用寿命。
因此，解决LED车灯的散热问题至关重要。
1.1 散热材料选择散热材料在LED车灯中起到了至关重要的作用。
导热性能好的散热材料能够快速将产生的热量传导到灯具外部，减少温升，确保LED芯片的稳定工作温度。
常见的散热材料包括铝材、铜材等金属材料，以及导热胶、石墨材料等。
1.2 散热结构设计合理的散热结构设计也是解决LED车灯散热问题的关键。
在LED灯具的外壳结构上，可以设置散热孔、散热片等散热结构，增加散热面积，提高散热效果。
同时，还可以采用风扇、风道等被动或主动散热装置，增强散热效果，降低温度。
2. 寿命延长技术LED车灯的寿命与灯珠的寿命息息相关。
采用合适的寿命延长技术，可以有效延长LED车灯的使用寿命，提高其性能和可靠性。
2.1 降低电流适当降低LED车灯的通电电流，可以降低芯片的工作温度，减缓芯片老化速度，延长LED车灯的使用寿命。
当然，降低电流也会影响到LED的亮度，需要在保证亮度的前提下进行合理调整。
2.2 均衡电流由于LED灯珠存在电流不均衡的问题，导致部分LED灯珠亮度下降，寿命缩短。
通过在电路设计中增加均衡电阻、均衡电感等元件，可以实现对LED灯珠电流的均衡，延长整体寿命。
2.3 温度控制LED灯珠的工作温度过高会导致降解和老化，因此合理的温度控制非常重要。
可以通过电路设计中增加温度传感器，并通过控制电流或采用热管理系统进行温度控制，保证LED车灯在安全工作温度下运行。
LED汽车灯具结构设计及光学设计浅谈
LED汽车灯具结构设计及光学设计浅谈一、结构设计1. 散热设计：由于LED发光时会产生大量的热量，因此在灯具的结构设计中要考虑散热问题。
一般情况下，LED灯具的灯珠和散热器是分离设计的，灯珠负责发光，而散热器则用于散热。
散热器的材质一般选择具有良好导热性能的金属材料，如铝合金等。
灯具的结构中还要考虑散热的通风问题，确保灯具能够正常工作且不过热。
2. 防护设计：为了保护LED灯珠和电路板，LED汽车灯具还要进行防护设计。
一般情况下，灯具的外壳采用防护等级高的材料，如防水、防尘等。
还可以在设计中加入防晃装置，避免因灯光过于刺眼而对其他驾驶员造成安全隐患。
3. 安装设计：为了方便安装和更换，LED汽车灯具的结构设计中要考虑到灯具的接口和固定方式。
一般来说，灯具的接口要与车辆的接口相兼容，保证能够顺利安装。
还要设计灯具的固定方式，确保灯具能够稳固地固定在车辆上，不会在行驶中发生松动或掉落的情况。
二、光学设计1. 光源选择：LED灯的光源选择是光学设计的关键。
LED照明具有单色性好、光谱纯净等优点，因此在选择光源时要考虑到灯具的使用需求和光学性能。
一般来说，汽车前照灯的光源需要具有足够的亮度和远光距离，因此需要选择亮度较高的白光LED。
2. 反射镜设计：反射镜是指导光线的重要元件，影响着灯具的光束形状和投射距离。
反射镜的设计中要考虑到灯具的光学效果和光束控制。
一般来说，反射镜的曲面要根据灯具的使用需求和工作环境进行优化设计，确保光束的均匀性和聚光性。
LED汽车灯具的结构设计和光学设计是确保灯具性能和使用效果的关键。
通过合理的结构设计和光学设计，可以提高LED汽车灯具的亮度、稳定性和寿命，为驾驶员提供更好的照明效果，提高行车安全。
在设计LED汽车灯具时，应该综合考虑结构和光学两个方面的因素，优化灯具的性能和使用效果。
汽车LED前大灯的“空调”液冷散热系统
汽车LED前大灯的“空调”液冷散热系统本项目基于LED前大灯散热的问题，提出了一种新型的散热方式——汽车LED前大灯的“空调”液冷散热系统。
该系统有效的解决了外加车灯的散热问题以及散热时汽车车灯的封闭性问题，使LED前大灯得到广泛的应用。
此研究降低了车灯在维修更换情况下的复杂度，提高更换便捷性，降低维修成本。
标签：LED前大灯；半导体制冷；冷却板1 概述1.1 LED散热问题限制LED前大灯的全面推广LED作为汽车前大灯具有绿色节能，寿命长等优点。
但是，LED灯的散热问题却是制约其推广应用的瓶颈。
到目前为止，LED灯的电光转换效率只有30%左右。
LED灯在工作过程中，一方面由于内部光子效率不能达到100%，另一方面，内部产生的光子无法全部射到芯片外部，导致只有少部分电能转化为光能，大约70%的电能都最终变成了热量。
因此，解决散热问题是LED灯推广应用的前提条件。
根据汽车现代造型设计特点，汽车前大灯的安装位置靠近发动机舱，工作环境温度高，若采用LED前大灯，高温的工作环境加上LED灯本身的散热问题，若不改进散热系统设计，必将极大缩减LED前大灯的工作寿命。
1.2 热管技术和液冷技术仍存在缺陷目前较为适用于大功率LED前大灯的散热方式为热管技术和液冷技术。
热管技术在热传输上存在着粘性限制、音速限制、飞散限制、毛细管限制、沸腾限制等缺点。
而液冷技术对设备要求高，导致加工成本上升；且因泵等组件数量增加，加大了漏液风险。
因此，结合LED汽车前照灯的使用环境，本项目提出一种“空调”液冷散热系统设计方案。
该方案旨在有效解决LED汽车前照灯的散热问题以及散热过程中LED前照灯的密封问题。
因此，结合LED前大灯的使用环境，本项目提出一种液冷式半导体散热系统设计方案。
该方案旨在有效解决LED前大灯的散热问题以及散热过程中的密封问题。
2 半导体制冷原理半导体制冷原理：把一只N型半導体元件和一只P型半导体元件联结成热电偶，接上直流电源后，在接头处就会产生温差和热量的转移。
汽车led大灯工作原理
汽车led大灯工作原理
汽车LED大灯的工作原理主要涉及以下几个方面：
1. LED原理：LED全称为Light Emitting Diode，即发光二极管。
当电流通过LED芯片时，芯片内的半导体材料会发生电子复合释放能量，产生光线。
2. 光电转换：汽车LED大灯中的LED芯片通过正向电压激活发光，LED芯片内的半导体材料将电能转化为光能，进而发出可见光。
3. 芯片结构：LED芯片由三种基本颜色的发光二极管（红、绿、蓝）构成。
通过不同程度的电流和脉冲宽度调节，可以实现各种颜色的光线发射。
4. 散热设计：汽车LED大灯在工作过程中会产生热量，所以必须设计有效的散热系统，以防止LED芯片过热而损坏。
常见的散热设计包括散热底座、导热胶、散热风扇等。
5. 驱动电路：汽车LED大灯需要专门的驱动电路来控制和调节电流，以确保LED芯片的稳定工作。
驱动电路更能通过调整电流和脉冲宽度等参数来控制LED的亮度和颜色。
总结：汽车LED大灯利用LED芯片的光电转换原理，通过驱动电路控制LED的亮度和颜色，从而实现车辆照明。
同时，合理的散热设计也是确保LED大灯长时间稳定工作的关键因素之一。
大功率LED汽车前照灯散热设计
发 光 二极 管 （ Ｅ Ｌ Ｄ）具 有节 能 、 高效 及环 保 等 多 来 传递 热 量 ，热管 散热 具 有极 高 的导 热性 、 良好 的等 项 优点 ，近 年来 被 越来 越 广泛 的应 用 在普 通照 明中 。 随着 汽 车 一 业 的 高速 发展 和 Ｌ Ｄ 光 效 的 不 断 提 高 ， Ｉ Ｅ Ｌ Ｄ在 汽车 中 的应用 也越 来越 普遍 ， Ｅ 包括 内部 照 明灯 、 制 动灯 、 向灯及 尾 灯等 都 已开 始使用 Ｌ Ｄ作光 源 。 转 Ｅ 了 Ｌ Ｄ前 照灯 。 Ｅ 然而 作 为一 种 高效节 能 的新 型光 源 ， 温 性 、冷 热两侧 的传热 面积 可 任意 改 变、 可远距 离 传 热及 可 控制温 度 等一 系列 优 点 。 由热管 组成 的换 热器 具有 传热 效 率高 、 构紧凑 、 结
Ａ ｂｓ ｒ ｔ ｔ ａｃ ：Ｂａｓ ｄ ｏｎ ｃ ｒ ｔｓ ｍ ｉ ｎｄ ｔ ｒｍ ａ ｅ ｕｒｅｎ ｅ ｃｏ ｕｃ ｏ ｎｕｆ ｃ ｕｒｎ ｔ ｃ ａ ｔ ｉ ｇ ｅ ｈｎｏ ｏ ，ｏ ｙ ｅ ｃ ｎ ｈ ｎ ｇ ｉ ｌ ｇｙ ｎｌ １ ｐ ｒ ｅ ｔｏｆｔ ｅ ｅ ｅｒ ｙ ｎ ＬＥＤ ｎ ｔｐｏ ｅ ５ ｉ ｐｕ ｗ ｒ ｉ ｈａ ｅ ｎｔ ｉ ｎｅ ｇｙ ｔ ｒ ｓｃ ｎｇｅ ｎ ｏ ｈｅ ｔｅ ｒ ．Ｉ ｓｃ ｎｇ ｄ ｉ ｏ ｌｇｈｔｅ ｒ ，ｏ ｈｅ ｓｉ ｈａ ｄ ｉ ｔ ａ ｎｅ ｇｙ ｆＬＥＤ ａ ｓ ｉ ｔｏｎ ｐｒ ｂｌｍ ｓｃ ｎ’ ｂｅｓ ｌ ｅ ｈｅ ｔｄｉｓｐａ ｉ ｏ ｅ ａ ｔ ｏ ｖ ｄ，ｏ ｔ ｔ ｕ ｐｕ ｌｇｈ ｗ ｅ ｓｄ ｃｒ ａ ｅ ｔ ｈｉ ｘｕ ａ ｅ ｉ ｃｃ ｌｒ ｔ ｄ， ｅ ｖｉｅ ｌｆ ｓ ｓ ｒｅｎ ｄ ａ ｄ ｈｅ ａ ｖａ ｔ ｇ ｆＬＥＤ ａ ｐ ｄｏ ｉ ｔｐｏ ｒｉ ｅ ｅ ｓ ｄ， ｈｅ ｃ ｐ ｅ ｖｉ ｔ ｓａ ｅｅ ａ ｅ ｓ ｒ ｃ ｉｅ ｉ ｈｏ ｔ ｅ ｎ ｔ ｄ ｎ ａ ｅ ｏ ｌ ｍ ｅｓ ｎｏ ｈｏ ｎ．Ａ ａ ｐｌ ｆＬＥＤ ａ ａ ｐ ｉ ａ ｉａ ｅ ｓ ｄ ｏｎ ｔ ｅ ｓ ｒ ｔ ｒ ｒ ａ ｎ ｓ ｄ ｏｍ ｂ ｎｅ ｅａ ａ ｐ．Ｔｈｅ ｔｓ ｗ ｓ ｍ ｅｏ ｈｅ ｄｌ ｍ ｓｆ ｂｒｃ ｔ ｄ ｂａ ｅ ｈ ｔｕｃ ｕ ｅｏｆａ ｃｅ ｔ ｉ ｅ ａｎ ｃ ｉ ｄ ｈ ｄｌｍ ｈｅ ｔｃ ｎｄｕ ｔｏｎ ａ ｅａ ａｄｉｔｏｎ ｍ ｏｄ ａ ｉ ａ ａ ｏｒｉ ｔｆ ｗ ａ ｄ．Ｔｈｅ ｓｍ ｕｌ ｔｎｇ ａｎ ｅ ｔｎｇ ｒ ｕｌｓ ｓ ｗ ａ ｏ ｃ ｉ ｎｄ ｈ ｔｒ ａ ｉ ｅ ｏｆｈｅ ｔｐｐｅｒ ｄｉｔ ｓｐｕ ｏｒ ｒ ｉ ａ ｉ ｄ ｔ ｓｉ ｅｓ ｔ ｈｏ
LED汽车前照灯散热结构设计与分析
LED汽车前照灯散热结构设计与分析刘东静;王浩洁;樊亚松;梁海志【摘要】针对LED汽车前照灯的散热问题,对比设计两款有/无散热槽的新型散热器结构形式,利用有限元分析软件ANSYS进行散热结构的热力学分析.针对初始设计的散热结构形式采用控制变量法进行参数优化,最后得出无槽结构的LED灯具最高温度为65.352℃,热应力为235.56 MPa;同等条件下有槽结构的LED灯具最高温度为62.712℃,最大应力为218.7 MPa.计算可知,具有散热槽LED灯具散热器优化后的温度相对无散热槽LED灯具散热器优化后的温度降低2.64℃,最大应力减小16.86 MPa.该仿真结果表明具有散热槽结构的散热器能够提高LED汽车前照灯的散热效果.【期刊名称】《电子元件与材料》【年(卷),期】2019(038)007【总页数】6页(P63-68)【关键词】LED汽车前照灯;控制变量法;结温;应力【作者】刘东静;王浩洁;樊亚松;梁海志【作者单位】桂林电子科技大学机电工程学院,广西桂林 541004;江苏大学材料科学与工程学院,江苏镇江 212013;桂林电子科技大学机电工程学院,广西桂林541004;桂林电子科技大学机电工程学院,广西桂林 541004;桂林电子科技大学机电工程学院,广西桂林 541004【正文语种】中文【中图分类】TN603.5随着汽车工业的迅速发展，汽车照明的要求也越来越高。
LED(Light Emitting Diode，发光二极管)作为一种新型的光源，凭借其体积小、绿色环保、寿命长等优点，成为汽车照明系统光源应用的主要趋势。
目前LED光源主要应用在汽车刹车灯、转向灯、倒车灯、尾灯以及仪表用灯等方面[1]。
同时，一些高档轿车公司，比如宝马、奔驰、奥迪、丰田[2]等逐步将大功率高亮度LED作为汽车前照灯光源使用。
功率型LED的驱动电流高达1 A，如果不能及时有效地将其所产生热量传递出去，将会引起芯片内部热量聚集，导致LED发光效率下降、主波长偏移、寿命缩短等一系列可靠性问题[3]。
90W 汽车 LED 前照灯散热结构设计研究
90W 汽车 LED 前照灯散热结构设计研究刘晨阳;尹默;孙贺然;李忠【摘要】针对目前大功率 LED 前照灯散热困难等问题，运用 Pro／E 设计了一款风冷散热形式的 LED 前照灯模型，并运用 ANSYS 仿真分析得出其在不同对流状态条件下的温度场分布。
同时搭建实验平台进行 LED 前照灯温度试验测试，试验研究发现 LED 结温始终能控制在80℃以下，此散热模型的 LED 前照灯能很好地满足散热要求，有效的解决了 LED 前照灯的散热问题。
%In the view of heat dissipation problems of high power LED lamp , a cooling form of LED car headlamps was designed.Temperature field distribution in different convection conditions is obtained by ANSYS simulation analysis.At the same time, the experiment platform is set up for temperature test of LED car headlamps, the LED junction temperature can be controlled under 80 ℃ in the experiment.It shows that the radiation model of LED headlamp can meet the cooling requirements well .It can solve the problem of heat dissipation in LED car headlamps .【期刊名称】《照明工程学报》【年(卷),期】2015(000)002【总页数】5页(P137-141)【关键词】白光 LED;汽车前照灯;散热【作者】刘晨阳;尹默;孙贺然;李忠【作者单位】西安交通大学电力设备电气绝缘国家重点实验室，陕西西安710049;南阳防爆集团股份有限公司，河南南阳 473011;中冶北方大连工程技术有限公司，辽宁大连 116600;中国兵器工业第 202 研究所，陕西咸阳 712099【正文语种】中文【中图分类】U463.65+121世纪初，LED就开始应用于汽车内小功率照明，日本丰田公司首次将LED应用于凌志LS600 h Saloon车前照灯的近光照明[1]。
汽车前大灯的散热技术
1、汽车前大灯的散热技术1.1 被动散热与主动散热通常的散热设计中，焊装大功率LED的电路板被紧紧固定在散热器上。
LED 工作时所产生的热量通过传导方式经由电路板被传导到热传导率较好的铝质散热器上。
铝质散热器的翼片与空气大面积接触将热散发开来。
为了有效地减小散热器和电路板之间的热阻，其间填充了导热介质。
选用的散热器其翼片形状和面积是可以满足LED大灯散热方案的设计。
这种散热方式我们称之为被动散热[2]。
主动散热常用液冷、热管、风冷等方式。
由于液冷使用的液体必须在泵的带动下强制循环带走散热器的热量，热管则依靠高导热性能的传热元件在全封闭真空管内的液体的蒸发与凝结来传递热量，二者都不适合车灯内使用。
风冷散热具有价格较低、安装简单等优点最为常用。
针对被动散热方式存在的散热器中心区域温度相对集中的情况，加装风扇强制对流后(见图1)，对缓解散热器温度不均匀有明显效果。
1.2 LED散热通道设计加装风扇后强制对流通常LED被焊在双面敷铜层的印制板(PCB)上[1]，LED的底面与PCB的敷铜面焊在一起，为提高散热效率，以较大的敷铜层作散热面。
这是一种最简单的散热结构[3]。
本文研究的汽车前大灯用LED是目前OSRAM公司最大功率的一种LEUMD1W4[3];管芯散热设计选用了一种更利于散热的LE3S封装[1]。
这种封装的特点是，以面积较大的铜合金散热垫为基座，管芯固定在基座中央。
同时将LED基座与铝基板接触区域的绝缘介质剥离，使铜合金基座与铝基板直接接触。
基座上的热直接传导至LED的外部。
这种内部结构去处了管芯和基座之间的介质减少了热阻，更直接地将管芯的结温导出(见图2a)。
本文研究的LED汽车前大灯主要散热路径是：管芯→铜合金基板→铝基板→散热器或机壳→环境空气，(见图2b)。
若LED的结温为TJ，环境空气的温度为TA，散热垫底部的温度为Tc(TJ>Tc>TA)，在热传导过程中，各种材料的导热性能不同，即有不同的热阻。