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原文传递基于热管技术的LED前照灯散热试验研究

论文题名：	基于热管技术的LED前照灯散热试验研究
关键词：	汽车前照灯;发光二极管;热管技术;散热试验
摘要：	随着我国能源利用率的提升，人们对绿色光源的需求与日俱增，促进了LED照明技术的创新和发展。LED具有安全可靠、使用寿命长、节能环保等诸多优势，使得LED光源在汽车照明领域显示出强大的发展潜力。但是，LED在汽车照明领域的应用并未普及，阻碍LED光源发展的一项关键技术是散热。　　研究中，追溯汽车前照灯的发展历史，对国内外大功率LED的最新散热技术进行了详细调研，分析了大功率LED芯片应用于汽车前照灯领域的技术难题。基于LED芯片的发光和发热原理，对大功率LED前照灯散热系统设计中结温与热阻两个重要参量的理论计算方法进行了归纳，分析了结温对芯片光学特性和使用寿命的影响，并提出了降低芯片温度的若干途径。　　当最高环境温度为80℃、最大芯片发热功率为25W时，以保持芯片结温低于125℃为控制目标，设计了一种基于烧结热管的LED前照灯散热器系统，分析了工作原理和热量传递过程。在Pro/E中构建了散热系统模型，分析了散热系统热阻网络结构，并加工出散热系统样件，进行了大功率LED前照灯的散热试验研究。研究结果表明:改变烧结热管布置方式可提高散热效率，采用烧结热管与热沉基板相连接的结构，散热效率优于烧结热管与肋片连接的结构;增大散热器的工作倾角，有利于散热肋片气流速度场与温度梯度场协同角的减小，加强了对流换热;改变烧结热管各段比例，得到散热效率最佳时，蒸发段、绝热段、冷凝段长度分别为40mm、20mm、60mm;使用不同充液率热管进行试验，发现随着热管充液率增加，芯片结温呈现先下降后上升的变化趋势，在充液率为25％时，结温最低，在环境温度低于75℃条件下，LED芯片能够正常工作。　　通过分析烧结热管散热系统的散热过程，发现热阻主要存在于烧结热管的前后两端。为降低热管前后端热阻，选取阵列热管替换烧结热管进行试验研究，以提高散热系统整体性能。研究结果表明:阵列热管散热器响应迅速，启动过程中，芯片结温随时间推移呈现先上升后下降、再逐渐上升至稳定的趋势，且输入功率越大，产生温度波动越早，达到稳定温度所需时间越长，系统稳定时的工作温度越高;驱动电压随芯片温度升高呈线性下降趋势;阵列热管散热系统中芯片均温性较好;随输入功率增大，阵列热管散热系统和烧结热管散热系统中芯片结温均呈线性上升趋势，输入功率越大，阵列热管优势越明显，当输入功率为25W时，阵列热管散热系统中芯片结温为71.7℃，比使用烧结热管散热系统时低7.6℃，当环境温度80℃时，芯片结温为116.9℃，能够达到设计目标。　　为延长LED芯片使用寿命，减少芯片在高温下的工作时间，根据散热器结构加装散热风扇强化散热。试验结果表明:当风扇转速为2500r/min时，LED芯片结温较不加风扇时下降5～10℃;当环境温度为80℃、芯片发热功率为25W时，结温可降低至107.4℃，能更好的实现控制目标。基于逆向气流设计散热通道，在阵列热管散热器肋片上横向开槽，使得汽车在快速行驶时，热量通过逆向风速导出，在怠速与停车工况下，热量通过风扇散发，结合逆向气流散热与风扇散热两种方式以减小散热系统总体能耗。
作者：	张纯
专业：	动力机械及工程
导师：	蔡忆昔
授予学位：	硕士
授予学位单位：	江苏大学
学位年度：	2015
正文语种：	中文