汽車室LED燈的散熱分析技術(shù)

雖然試作品的電路基板表面涂炎榪辜粒不過(guò)包含LED在內(nèi)電路的熱，透過(guò)銅箔圖案與熱通孔立即傳遞到基板背面，因此模擬分析同樣不列入考慮。如上述開發(fā)LED照明機(jī)器時(shí)，只作不含LED燈體的LED單體驗(yàn)證，LED產(chǎn)生的熱幾乎都是通過(guò)固體內(nèi)部，再?gòu)?a class="contentlabel" href="http://butianyuan.cn/news/listbylabel/label/散熱">散熱鰭片表面?zhèn)鬟f到空氣，不會(huì)像其它光源局部性會(huì)使產(chǎn)生紅外線的單元本身或是燈體變熱，或是熱放射到外部等等。

許多情況LED燈體只是單純的樹脂容器，熱容量的大小隨著容積增加，其結(jié)果造成LED單元周圍的空氣上升溫度，因此LED單元裝設(shè)至燈體時(shí)的溫度，可以根據(jù)LED單元燈體的檢測(cè)值，或是計(jì)算值作某程度的推測(cè)。此外LED單元燈體的場(chǎng)合，可輕易設(shè)置熱電耦等溫度檢測(cè)感應(yīng)器，利用熱座標(biāo)進(jìn)行溫度檢測(cè)。

由于電路基板上產(chǎn)生的熱都傳遞到散熱鰭片，因此兩個(gè)LED的溫度不受其它熱源影響，幾乎是相同值。模擬分析使用上記驗(yàn)證LED單元時(shí)相同的條件，每個(gè)LED的負(fù)載電力為0.31W，假設(shè)其中的85%轉(zhuǎn)換變成熱，包含電阻在內(nèi)的總發(fā)熱量為1.29W、環(huán)境溫度為24.6℃。

圖3是去除樹脂外罩時(shí)，LED單元的溫度分呀峁，圖中分別記載計(jì)算值與實(shí)測(cè)值。由圖可知LED的陰極部位與基板背面溫度差大約3℃，熱透過(guò)熱通孔傳遞到背面，LED的陰極部位與距離最遠(yuǎn)的散熱鰭片的溫度差大約5℃，包含兩個(gè)LED在內(nèi)的實(shí)驗(yàn)值與計(jì)算值的差低于1℃以下，證實(shí)不論是LED單元的計(jì)算模型或是LED單體模型，計(jì)算精度都沒有問題。

車內(nèi)燈整體的溫度評(píng)a

最后針對(duì)LED車內(nèi)燈進(jìn)行實(shí)測(cè)與模擬分析的評(píng)a與驗(yàn)證。為進(jìn)行LED車內(nèi)燈的溫度評(píng)a，首先u作照片2的試驗(yàn)設(shè)備。車內(nèi)燈嵌在車內(nèi)樹脂天花板內(nèi)，天花板內(nèi)還裝設(shè)類似車體屋頂?shù)臉渲澹虼薒ED產(chǎn)生的熱透過(guò)散熱鰭片，釋放到2片樹脂板之間的空間。試驗(yàn)必須以各種環(huán)境溫度進(jìn)行，因此上記試驗(yàn)設(shè)備的出射光朝下放置在a溫槽內(nèi)。模擬分析必須時(shí)甘夷詰剖匝檣璞傅募撲隳Ｐ停該模型模擬右側(cè)地圖燈的點(diǎn)燈狀態(tài)，因此只將右側(cè)模型化。此外散熱時(shí)只利用散熱鰭片周圍，研究人員認(rèn)為減小試驗(yàn)設(shè)備的樹脂板尺寸，可以抑制計(jì)算上要求的網(wǎng)數(shù)，同時(shí)還省略試驗(yàn)設(shè)備的外框。

如上述LED室內(nèi)燈的試驗(yàn)是將試驗(yàn)設(shè)備設(shè)置在a溫槽內(nèi)部進(jìn)行，此時(shí)為降低內(nèi)部攪拌用冷卻風(fēng)扇造成的循環(huán)氣流影響，試驗(yàn)設(shè)備整體以紙箱包覆檢測(cè)溫度，循環(huán)氣流通過(guò)試驗(yàn)設(shè)備下方的金屬網(wǎng)，可能會(huì)影響室內(nèi)燈的溫度。通常循環(huán)氣流的流速為3~5m/s，本試驗(yàn)以接近室內(nèi)進(jìn)行，冷卻風(fēng)扇造成的循環(huán)氣流影響比較小，模擬分析分別以2m/s、3m/s、4m/s一樣流速為條件進(jìn)行試驗(yàn)結(jié)果比較。

計(jì)算條件與實(shí)測(cè)條件一樣，假設(shè)每個(gè)LED1的0.30W負(fù)載電力的85%轉(zhuǎn)換成熱，包含電阻在內(nèi)的總發(fā)熱量為1.27W，環(huán)境溫度28.7℃。圖4是試驗(yàn)設(shè)備中央斷面的模樣，相較于陰極部位的溫度，相當(dāng)于循環(huán)流的一樣流速與散熱鰭片上方的空氣流速會(huì)有影響。此外必須利用模擬分析檢討攪拌用冷卻風(fēng)扇造成的循環(huán)氣流影響。

根據(jù)圖4模擬分析結(jié)果(速度向量圖)，研究人員調(diào)查試驗(yàn)設(shè)備中央斷面部位，散熱鰭片與樹脂板(相當(dāng)于車體的屋頂)挾持領(lǐng)域的空氣速度，以及LED陰極部位的溫度，環(huán)境溫度與上記實(shí)驗(yàn)相同都是28.7℃。

實(shí)驗(yàn)實(shí)測(cè)的LED陰極部位溫度為57.1℃，一樣流速2m/s時(shí)LED陰極部位溫度的計(jì)算值為58.7℃，3m/s時(shí)54.3℃，依此推測(cè)檢測(cè)實(shí)測(cè)值 57.1℃時(shí)的循環(huán)空氣流速，在2~3m/s之間的可能性很高。根據(jù)模擬分析結(jié)果可知，散熱鰭片與樹脂板的流速只有一樣流速的3~4%，即使如此，它對(duì)LED陰極部位溫度的影響很大，由于室內(nèi)燈的樹脂燈體熱傳導(dǎo)率很低，因此溫度很高的領(lǐng)域，幾乎都集中在散熱鰭片周圍。

根據(jù)57.1℃的陰極部位溫度與0.30W得負(fù)載電力，推測(cè)LED的接點(diǎn)溫度Tj為81.7℃，因此接點(diǎn)溫度Tj最大許容值可以當(dāng)作Tjmax，若是130℃就有48.3℃的溫度，單純計(jì)算環(huán)境溫度一直到77.0℃還可以使用。此外在a溫槽試驗(yàn)溫度有偏低檢測(cè)傾向，因此適當(dāng)?shù)慕狱c(diǎn)溫度推測(cè)時(shí)，必須慎重考慮此問題。

結(jié)語(yǔ)

本文已介紹了車用LED室內(nèi)燈試作品的熱流模擬分析技術(shù)。汽車的照明光源正在進(jìn)行LED化革命，然而要在車內(nèi)天花板狹窄空間進(jìn)行自然空冷散熱，以往只被當(dāng)作補(bǔ)助性質(zhì)使用的熱流模擬分析，目前反而變成基本設(shè)計(jì)必要的支援工具。因此一般認(rèn)為未來(lái)設(shè)計(jì)段階透過(guò)熱流模擬分析，根本性解決問題的手法勢(shì)必成為主流。

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