汽车LED前照灯实验系统设计

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1、LED汽车前照灯试验系统设计1、实验系统设计Agilent数据采集系统(采集热电偶誕温数据)MATRIX直流电源(0-22.0V,0-3.0A)模拟LED车灯保温层图1实验系统图要对车灯进行热测试，首先设计了实验测试系统。整个实验系统包括电源、数据采集、实验环境三个部分，其外形如图1所示。下面分别介绍。电源部分采用MATRIX-MPS-3003L-3直流电源。其最大输出电压为30.0V,最大输出电流3.OAo在这之间可以精确控制，达到改变模拟热源功率的目的。数据采集采用Agilent34970数据采集系统。它将热电偶采

2、集的电压信号转换为温度信息。采集的过程中采用Agilent内部的自补偿方式，数据采集的误差为1°C。数据采集用的传感器采用T型热电偶，其测量误差约为0.5°Co实验的大环境为一密闭实验箱，以减小环境的影响。实验过程中模拟热源放置于改造了的荣威轿车普通车灯，替代了车灯原来的近光灯，然后将车灯置于实验箱内进行测试。改装后的车灯实物图如图2o图2模拟LED车灯实物图2、实验结果与分析首先对改装后的车灯进行了热测试，实验时未采用任何强化散热措施。实验的功率范围从30W至50W,每个温度点约2小时达到稳态，环境温度为19°Co因

3、为实验测量过程中，最能直接反映发光二极管工作温度的是如图3所示的热源底部温度，因此这里将其单独列出。图3热源底部热电偶布置图4给出了模拟热源底面测温点温度随热源总功率变化。可以看到热源底面温度随着加热功率的升高几乎线性增加。当加热功率从30W升高到50W时，热源底面的温度升高了约40°C,达到150°C左右。从图中可以看出两个热源底部温度有所不同，这是由于放置热源的铝板是竖直放置，一个测温点在上，一个测温点在下，灯内自然对流引起的热空气上升对上面的测温点有加热作用。在之后的实验过程中一般选取温度较高点的温度代表热源底部

4、温度。160

5、10030354045Power(W)50ambient15<)■卜—Top~~4010—Bottom/图4模拟热源底面温度随功率的变化从图中可以看到在器件功率为30W时，热源底部的温度为107°C,根据LEWD1A型LED的热阻4K/W,可以推算如果采用真实的器件，器件的结点温度将超过140°C,此时如果采用真实的器件其工作状态已经比较差了。而此时的环境温度仅为19°Co当环境温度升高至普通不灯测试标准规定的80°C时，器件的结点温度必然远远超过芯片的可承受温度范围。同时由于厂家设计的近光灯工作时车灯功

6、率不低于40W,因此30W发热量对应的LED总功率还不能满足近光灯照明要求，在实际应用中车灯总发热量还会进一步提高，由此可见要使LED车灯能够正常工作，在室温环境下就需要对其进行强化散热。3、LED汽车前照灯强化散热方案设计与测试汽车前照灯的铝基板到灯内空气，灯内空气到灯壁，以及灯壁到灯外环境这几个部分是影响其散热的主要环节。因此为了对车灯进行强化散热，在发光二极管选定的情况下，可以从这几个环节入手。本节设计了几种不同的强化散热方案，并利用模拟热源和真实器件对其强化散热的效果进行了研究，散热方案的目标是在环境温度为80

7、°C,器件总功率为40W时，可以正常工作，也就是结点温度控制在130°C以下。3.1导热板散热方案3.1.1方案提出由于车灯内的热量需要通过自然对流或者热辐射的形式传递给车灯灯壁，然后才能传递到灯外环境。而此时自然对流和热辐射的热阻较大，导致器件的温度较高，因此这里考虑通过高导热的材料与器件所在的铝基板直接连接，然后将热量直接传导到灯室的外部，再通过导热板尾端的散热片传递到灯体周围空气中去，这样相当于减少了热量在灯内传递的热阻，达到强化散热的冃的。■9/竺」匚“灯亞外什曲M败片X£共29片）oij/c■r图5导热板强

8、化散热方案结构图综合考虑热导率以及重量和成本等因素，这里采用铝板作为高导热材料。室温下，铝的热导率为237Wm-,K整个散热结构如图5所示，其中导热铝板和散热片的尺寸如表5.1所示，这一结构尺寸主要是考虑到与车灯的整体形状和尺寸配合。长xj^x宽mnixmmxmm间距min材料导热铝板12x8x9335铝散热片30x1x934铝敵热片基板145x5x93铝表1导热板及散热片尺寸3.1.2散热效果的实验测试对于导热板形式的强化散热方案进行了实验研究，实验装置采用前一节中的实验装置，改装后的汽车前照灯如图6所示。图6导热

9、板及改装后的车灯实物图实验的结果如图7所示。从图中可以看出采用导热板后热源底面的温度比未采取强化散热措施时大大降低，在55W时下降约50°C左右。此时发光二极管产生的热量主要通过导热板传递到灯箱外部环境中去。在合作方要求的器件工作功率40W时，热源底部的功率为82.5°Co考虑采用的器件的热阻为4K/W,如果真实的器件工作在这种工