LED前照燈在基礎設計中實施熱流體

　　那么，此次為何能夠在基礎設計中使用模擬呢?其答案就在于LED前照燈中的熱量的流動特點。從白色LED為起點的散熱路徑來看，其流動途徑為：

　　作為發(fā)熱源的LED芯片

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　　配備LED芯片封裝的安裝基板

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　　使安裝基板的熱量向整個封裝底面擴散的熱擴散器

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　　散熱裝置(散熱片等)的連接部

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　　散熱裝置(散熱片等)

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　　外部空氣

　　可以說，從白色LED到外部空氣的整個路徑均為串聯(lián)狀態(tài)(圖3)。而鹵燈及HID燈等已有光源的散熱路徑頗為復雜。原因在于燈源本身同時向外部空氣放射光與熱。也就是說無法以簡單的串聯(lián)狀態(tài)體現(xiàn)出來。因此，其基礎設計中的散熱模型較為復雜，只能在試制試驗及設計變更的過程中使用模擬。

　　圖3：前照燈用白色LED和散熱路徑(圖片由市光工業(yè)提供)

　　LED的光線是從表面向外部空氣放射，而熱量是從背面向前照燈的外殼放射，光與熱處于分離狀態(tài)。由于LED表面的熱放射可忽略不計，因此熱量的流動途徑便如上所述。所以，基礎設計中的建模變得簡單，能夠實施熱流體解析模擬。憑借模擬效果，此次LED前照燈的熱解析實現(xiàn)了±2℃的計算精度，只用兩天時間就完成了散熱設計。

　　利用模擬對散熱片等部分進行基礎設計并掌握大致形狀及基本性能后，市光工業(yè)試制了1次產(chǎn)品。然后經(jīng)過最佳形狀和細微部分的設計，進入了對最終形狀下的散熱性能進行確認的量產(chǎn)產(chǎn)品設計。由于計算精度較高，因此還有可能在下次及以后不試制產(chǎn)品便使用于量產(chǎn)。此次是市光工業(yè)首次量產(chǎn)LED前照燈，因此還是試制了實際產(chǎn)品。另外，散熱片及配光控制用反光鏡等基礎設計中的熱模擬耗時約2個半小時，而白色LED到散熱片只需1個半小時。此次將散熱片等部分劃分為約70萬個網(wǎng)格進行了計算。

　　降低散熱片和連接部的熱阻

　　據(jù)市光工業(yè)介紹，此次進行LED前照燈的散熱設計時，還探討了散熱路徑中的散熱片連接部及散熱片本身的設計。其原因在于，LED產(chǎn)品是在LED芯片乃至熱擴散器都收放在白色LED封裝內(nèi)的狀態(tài)下從LED廠商采購的，前照燈廠商無法變更。

　　在散熱片連接部及散熱片方面，要解決的問題是如何降低連接部和散熱片本身的熱阻。要想降低連接部的熱阻，尤為重要的是：(1)使用線夾、彈簧及螺釘?shù)葋肀３謱咨獿ED按壓在散熱片上的壓力及均勻的接觸面積;(2)考慮采用散熱膏及導熱片，并對其伴隨時間的劣化以及面積、厚度進行管理。在散熱片方面，需要在不組合冷卻扇、且不影響前照燈設計的大小及形狀上下工夫。此次進行熱設計時，設計前提是向每個白色LED輸入的10W功率中會有9W變成熱量。由于所配白色LED的最大額定值為130℃(白色LED的表面溫度)，因此是按照任何用途都不會達到130℃進行的設計。