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照亮前方—LED汽车头灯的设计要点

照亮前方—LED汽车头灯的设计要点

点击数:7722 次   录入时间:03-04 11:35:59   整理:http://www.55dianzi.com   综合-其它
                                                                 资料来源:Hella

    

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LED光源设计

                            
                                                                             图7 LED 光源设计
                                                                            资料来源:Hella

  散热设计是LED光源区别于传统光源的课题之一。传统灯具产生的热远高于LED,但传统灯具不会 因为高温而降低其光源输出能力,但LED的光输出却会随着本身接口(Junction, PN接口)温度的升高而下降,如图8所示。而其产生的热如何散除到外界环境与其封装结构材料息息相关,牵涉到使用的散热材料与相关外型,关系如图9所示,其中热阻的概念,代表输入W功率时,需要提高多少K温度才足以散热。以现有的封装技术最高可允许LED操作在185℃(Lumiled K2),但一般因为封装胶材的关系,可允许的操作温度约在125℃,除了考虑光源输出效率之外,亦考虑封装胶材的变质(树脂类材料在高温有老化现象)。

  引擎室的温度在灯具附近最高可到85℃,配合Lumiled K2可有100℃的散热空间,但若配合一般的LED则只有40℃的散热空间,观察相关热阻,R_Junction-Slug、R_Slug-Board都决定于封装体,对设计者而言只能针对R_Board-Ambient努力,其中包括如何将封装体固定于散热基板上(接着质量)、散热结构外型设计、主被动散热考虑与外部环境等条件。因此在此处应该与机构进行相关模拟设计,取得灯具在引擎室内的流场与温度条件后再考虑所需的散热模式,若选用被散动热得需要较大的散热空间,对引擎是而言是不小的负担,若选用主动式散热,虽然所需散热环境较小,但因为增加了风扇等可动件,反而需考虑此可动件可否通过车灯上的相关法规,包括震动、粉尘、腐蚀与湿气等严苛环境。 

接口温度对光源输出的影响


                                      图8 接口温度对光源输出的影响
                                        资料来源:Lumiled

  

封装与散热热阻关系


                                                              图9 封装与散热热阻关系 
                                                                资料来源:Lumiled

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   LED 在 头灯 应用上遭遇的难题

  LED应用于头灯上在许多的车展上各家车厂都有展示相关的概念车,但在头灯部分尚未看见有成品出现,仍有需多问题尚待解决。其中主要问题应在于亮度输出、散热问题与误差设计。

  头灯的亮度需求近灯900流明,远灯1100流明,整体需求2000流明,约是Lumiled生产40颗1W封装体Luxeon EMItter在25℃的总光源输出,但当其外界温度升高至50℃时,其效率将降至80%以下,且其光源输出面积约90_2(气体放电式灯泡约13_2),设计难度亦随之提升。

  在LED产业中,应对磊晶造成芯片的不均匀而发展出所谓的分类销售的过程,特别是高瓦数的芯片在LED产业上是全检出货,依照波长亮度进行分类,也因此封装后的个体存在着细微的差距,此差距可能存在于亮度、色温或是可靠度上。然而应用LED于头灯时,不可避免会利用多 颗芯片以输出足够亮度进行 光学 设计,此时需特别注意LED质量检测与质量控制的环节,以确保相同质量的光源输出。

  结语

  自2003年以降,超过13家以上的车厂在相关车展上展出以LED头灯为诉求的概念车。例如,Lexus车厂发布消息,在2007年中将推出一款以LED为头灯的量产车。相信存在于LED的相关工程问题将在消费者的殷殷期盼下一一解决,且让我们拭目以待。



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