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原文传递 LED汽车灯结温估算及控制

论文题名：	LED汽车灯结温估算及控制
关键词：	发光二极管;汽车灯;热场分布;优化设计;结温控制
摘要：	发光二极管（Light-emitting diode：LED）为第四代光源，相比于传统光源具有光效高、寿命长、响应速度快、体积小、抗震性好等优点，被广泛应用在汽车照明领域。　　在LED灯工作过程中，受限于 LED的电光转换效率，将有超过70％的注入电能被转换为热能。如果LED灯的散热不良，将会导致LED芯片结温(又称：LED结温、LED灯珠结温、LED灯珠芯片结温)过高，造成光效降低，寿命显著缩短，光谱基波变长等不良影响。针对这一问题本文采取实验和仿真分析手段，提出了LED汽车灯结温优化及控制的方法研究，主要工作包括以下几个方面：　　实现LED灯结温优化设计及控制的前提是快速、简便、准确的测量LED芯片结温。为此本文提出函数模型修正LED灯珠表面温度估算LED芯片结温的方法，具体做法是：首先搭建高速电流切换装置及LED芯片结温测试系统，采用前向电压法测量LED芯片结温；其次通过红外热像仪采集LED灯珠表面温度。然后拟合得出LED芯片结温与表面温度的函数模型，并通过有限元仿真分析修正该函数模型。最后采用该函数模型修正实时测量到的LED灯珠表面温度，得出实时变化的LED芯片结温。实验表明该方法测量LED芯片结温的误差可控制在1.5℃之内。　　中小功率LED汽车灯一般不加散热器辅助散热，为此本文以中等功率的日间行车灯为例，提出通过热场仿真实现中小功率LED汽车灯的热性能优化设计的方法。首先，建立 LED日间行车灯有限元模型，根据 LED芯片结温估算结果修正LED日间行车灯有限元模型，得到能够准确反应LED日间行车灯热场分布的有限元模型。然后，基于该有限元模型，通过仿真手段，研究LED芯片结温与灯珠间距、铝基板厚度之间的关系，并以此作为约束条件，提出LED日间行车灯的最优化设计方案。　　大功率LED汽车灯，比如LED汽车大灯，产热量大，距离汽车发动机距离近，工作环境温度高，传统散热器散热效果有限，为此，本文进一步研究了基于半导体制冷片的LED汽车大灯结温控制系统。首先，搭建大功率LED汽车灯散热硬件系统，包括制作LED恒流驱动电路、半导体制冷片控制电路。然后，设计基于热电偶传感器和贝加莱PLC控制器的温度控制硬件系统，在Simulink中搭建基于延时PID算法的温度控制软件系统。最后，将热电偶实时测量的LED灯珠管脚温度作为反馈量，输入到控制软件系统，并且由系统输出量控制半导体制冷片工作，降低LED芯片结温。该控制系统在50s之内可将功率为10W的LED灯珠管脚温度降低到25℃并保持，此时的LED芯片结温为80℃左右，保证了LED汽车大灯安全可靠的工作。
作者：	吴雪强
专业：	电气工程
导师：	周静
授予学位：	硕士
授予学位单位：	重庆大学
学位年度：	2017
正文语种：	中文