紧凑型LED汽车前照灯散热研究.ppt

紧凑型LED汽车前照灯散热和配光设计 报告人：李海涛 摘要：功率相同时，LED光源模块的热阻随芯片数量的增加呈线性关系下降，芯片密度增加不会引起光子自吸收。使用一种特殊硅油封装前照灯，采用9芯片封装的光源模块作为前照灯光源，进行远光灯的散热和配光设计，结果表明液体封装远光灯光源散热面积增加1倍以上，前照灯长43mm，直径40mm，椭球型液体透镜满足GB25991-2010远光配光要求。 2 3 1 绪论 LED汽车前照灯散热技术分析 LED光源模块结构优化 5 4 液体封装远光灯散热和光学设计 总结 1 绪论 汽车前照灯发展历程 汽车前照灯的光源性能 国内外LED前照灯技术现状 LED前照灯现状总结 煤油灯 乙炔灯 1903 冷光源 白炽灯1925 卤素灯1959 HID 1995 LED灯 2007 汽车前照灯发展历程 燃料光源 电光源 白炽灯 卤素灯 HID灯 LED 光效 10 lm/w 25 lm/w 90 lm/w 150 lm/w 寿命 100 h 300 h 3000 h 几万 h LED响应速快(LED1ms内、白炽灯200ms)、抗震、体积小、工作电压低、电流小、绿色环保。 汽车前照灯的光源性能 2007年5月日本小糸和日亚化工研发的LED近光灯安装在雷克萨斯LS600h上 2008年奥迪R8安装了Lumileds和Osram研发的全LED前照灯。 2009年雷克萨斯RX450h、普锐斯、HS250h三款车安装了LED前照灯。 2011年奥迪R8安装上Philips的LED光源作为前照灯。 2012年奥迪A6、奔驰CLS350、宝马6系列开始使用LED前照灯。 国外LED前照灯技术现状 吉林东光瑞宝车灯有限责任公司基于奔腾B50车型研制的LED前照灯 国内LED前照灯技术现状 3个近光模块 2个远光灯模块 工作温度90℃ 寿命10000h以上 LED汽车前照灯最先在近光灯上得到应用。 LED汽车前照灯市场占有率极低。 LED汽车前照灯技术水平低，散热问题没彻底克服造成。 国内外LED前照灯现状总结 2 LED汽车前照灯散热技术分析 自然散热 散热片材料 散热片结构 主动散热 风冷 水冷 导体制冷 热管散热 自然散热 工作液体要求粘度小、密度小 10个热扩散板，每个上固定3颗LED，2.7W/颗 第一个热扩散板和最后一个热扩散板的温度还有不足5℃ 液冷 25℃环境中，把18W的白光LED光源结温降低到59.7℃。 风冷及热管散热 半导体散热器是根据特殊半导体热电效应制作的散热器件，散热器可以做成片状。直流电经过P型半导体时吸收热量形成冷端，在N型半导体上释放能量形成热端，冷端可以安装LED光源。半导体散热器可靠性高，体积小。 半导体散热 1 每个灯具由几种散热方式组合完成。 2 这几种散热方式均从LED光源背光面，热接触面小。 3 散热不足加上想要的配光元件导致灯具体积庞大。 总结 2 LED光源结构设计 LED 结温对光电性能的影响 芯片结构对光源性能的影响 LED光源热阻计算及分析 LED光源光辐射试验及分析 光通量与结温 辐射波长与结温 正向电压与结温 正数常量 ， 负数常量 LED 结温对光电性能的影响 图1 a.正装芯片示意图 图a为GaN衬底的LED芯片，芯片直接用导热硅胶结合在小尺寸反光碗或载片台上，光效受两个因素制约： 1.P—GaN导电效率低，在P电极和P—GaN之间加NiAu合金电流扩散层，太薄会影响电流均匀度，但厚度增加吸收的光也会增加。 2.蓝宝石导热能力差 芯片结构对光源性能的影响 图b也为GaN衬底的LED片，芯片直接贴装到硅载体或PCB基板上，优点体现在： 1.用高反射率的金属作接触层提高了光的取出效率，采用0.12 um厚的Ag和Al对470~520nm光的反射效率分别达96%和84%。 2.P-N结到硅底板的热阻小。 图1 b.倒装芯片示意图 芯片结构对光源性能的影响 LED光源热阻计算及分析 芯片与环境之间温度差 (1) PN结到基板之间的热阻 (2) (2) 式代入(1)式 (3) 光源的总热阻