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              LED汽車大燈散熱問題全面剖析

              2017/8/17 9:39:14 作者:創(chuàng)思得新材料 來源:CNLED網(wǎng)
              摘要:長久以來,LED熱問題一直困擾著整個(gè)業(yè)界,而面對一個(gè)高成長車大燈市場,又不愿錯(cuò)過。接下來就共同探討,如何克服在車大燈小空間里的散熱問題,進(jìn)而達(dá)到車燈國標(biāo)50℃環(huán)境溫度下,最高結(jié)溫不可超過80℃。

                長久以來,LED熱問題一直困擾著整個(gè)業(yè)界,而面對一個(gè)高成長車大燈市場,又不愿錯(cuò)過。接下來就共同探討,如何克服在車大燈小空間里的散熱問題,進(jìn)而達(dá)到車燈國標(biāo)50℃環(huán)境溫度下,最高結(jié)溫不可超過80℃。

                目前汽車近光及遠(yuǎn)光燈,設(shè)計(jì)上功率均集中在40~60W之間,而高端汽車達(dá)到80W以上,再加上示寬燈,方向燈等等,在超高功率下所產(chǎn)生的熱能,想不超過 80℃實(shí)屬不易,那么要解決散熱問題,將是工程師的一道難題。

                熱與空間密不可分,在空間大的條件下,可選擇最便宜的散熱解決方案。例如路燈,只要加大散熱鋁座就可以輕松地解決,但如果是手機(jī)加大后可能就沒人要了,如果不解決就會像拿了一塊燙手山芋,所以采用人工石墨散熱片將熱分散形成熱源周邊均溫化。

                有了空間這個(gè)概念后,再了解發(fā)熱源與要求的上限溫度。發(fā)熱源是透過固體熱傳導(dǎo)將溫度傳到表面之后再傳到氣體,氣體對流慢且被動(dòng),所以先解決整體封裝材料及發(fā)熱源尤為重要。

                大家熟知LED芯片是由電轉(zhuǎn)換成光,效率一般只有30%,其余70%均變成熱,而熱不及時(shí)散出,就會導(dǎo)致光效下降。如圖1,汽車大燈所采用的CSP結(jié)構(gòu),在這個(gè)結(jié)構(gòu)中有關(guān)系的,第一是多少瓦數(shù)產(chǎn)生多少熱量;第二是上下材料的導(dǎo)熱系數(shù),這個(gè)因子影響整體的均溫性;第三是這些材料的厚度。表1是各種材料的導(dǎo)熱系數(shù),有了這些概念后,可以開始解決散熱問題了。

                

                圖1 CSP結(jié)構(gòu)材料厚度

                表1 封裝材料導(dǎo)熱占比

                

                汽車大燈雖然體積夠大,但留的散熱空間并不多,且在追求亮度下,越來越多車廠采用大功率及多顆數(shù)LED。燈珠的前方是留給光線及反射鏡,后方才能留做散熱用。最簡單有效的散熱方法是加裝風(fēng)扇及熱導(dǎo)管,然而每增加一個(gè)零部件均有失效風(fēng)險(xiǎn),還有成本問題,所以LED封裝均溫化就成為各廠家努力的方向。

                均溫化是在小面積散熱最重要的課題,結(jié)溫又如何在最短的時(shí)間傳導(dǎo)出來。圖三為結(jié)溫與壽命的關(guān)系曲線。

                

                圖2 結(jié)溫與壽命關(guān)系曲線

                結(jié)溫又要如何不超過客戶的規(guī)范,以下是LED封裝用不同的驅(qū)動(dòng)電流所作出的熱結(jié)構(gòu)分析(如圖四),在電流150mA時(shí),兩者溫差不大,導(dǎo)熱好的陶瓷熒光片比玻璃低了2.5℃,但電流達(dá)到800mA時(shí),差距就拉開到20.1℃。

                

                圖3 驅(qū)動(dòng)電流150mA時(shí)兩種LED封裝溫度分布

                

                圖4 驅(qū)動(dòng)電流800mA兩種LED封裝溫度分布

                由此推論導(dǎo)熱占比,是解析LED散熱重要的方法,在小電流驅(qū)動(dòng)下,溫度不會構(gòu)成LED燈的淬滅及老化。但在高電流下溫度影響非常大。所以好的封裝材料,是成就高品質(zhì)LED車燈最直接有效的方法。

                將封裝層結(jié)構(gòu)中材料做對比分析,發(fā)現(xiàn)芯片及熒光層材料對散熱占比最高,而改變芯片影響的成本太大,更動(dòng)熒光層材料相對更為劃算。表2是熒光層材料對比分析。

                表2 熒光層材料對比

                

                汽車大燈散熱一般廠商只考慮芯片質(zhì)量好壞,殊不知芯片也只是封裝材料之一,而國外廠商早已在基礎(chǔ)材料下足了功夫,一個(gè)燈珠的好壞,與散熱密不可分,而散熱的關(guān)鍵重點(diǎn),在于材質(zhì)及所占比重。


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