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基于微通道与热电制冷技术的LED前照灯散热研究
| 论文题名： | 基于微通道与热电制冷技术的LED前照灯散热研究 |
| 关键词： | 汽车前照灯;散热系统;发光二极管;微通道;热电制冷技术 |
| 摘要： | 照明系统作为汽车的关键部件之一，对行车安全起着至关重要的作用。在“节能环保、低碳经济”的大背景下，LED作为“第五代”照明光源，顺应时代潮流，已在多个领域得到了广泛应用。目前，单颗功率型LED芯片的驱动电流高达1000mA，过高的结温将会引起芯片内部的热量聚集，使其发光主波长发生偏移，发光效率下降，从而影响使用寿命和工作稳定性。而前照灯质量的好坏对行车安全有着重要的影响，因此，选取有效的散热方案降低结温是LED前照灯得以推广普及的关键所在。分析LED前照灯工作时的特殊要求及封装结构特点，主动散热将是LED前照灯的首选散热方案。研究中提出了微通道液冷与热电制冷两种主动式散热方案，并建立模型，分别进行数值计算和试验研究。通过散热系统的热阻网路模型，探寻影响LED结温变化的外部因素，研究发现，减小散热器导热热阻和增大散热器表面平均流动传热系数可有效降低芯片结温。 采用数值模拟方法探寻了微通道散热器进、出口位置分布对其内部流体的流动形态与传热性能的影响，并研究了微通道材料、环境温度、导热胶热阻对LED结温的影响。结果表明，“U”型与“V”型微通道的流体进、出口平面与流体流动平面垂直，形成对微通道壁面底部的冲击射流后反弹，并从而完成对微通道壁面的二次射流冷却。“U”型与“V”型结构对LED芯片的冷却效果优于“I”型、“N”型、“S”型、“D”型微通道，且内部各通道液体流速与LED芯片间结点温度差异更小，可保证两颗LED光源性能的一致性。当模拟环境温度最高为50℃、发热功率最大为30W时，芯片结温为87.41℃，低于规定的极限值120℃。 建立热电制冷功率型LED前照灯散热系统模型，制冷器热端搭载了不同类型的附属冷却装置（热沉、水冷板）以提高制冷效率，制冷量与制冷速率可通过改变制冷片驱动电流的大小进行调节，且易于与灯具的机械结构设计相匹配。研究中利用恒温箱模拟车灯所处发动机舱的环境温度，采用红外热成像仪测量LED芯片表面温度分布，并与仅采用风冷或液冷方案时的散热效果进行了对比。结果表明，热电制冷器对外部风扇风速或冷却液体流速的敏感性高于风冷或液冷散热系统，采用液冷+热电制冷散热系统的最优驱动电流为5.0A。当环境温度为最高位65℃时，得到的芯片结温为55.5℃，输出光通量为1458.81m。 |
| 作者： | 赵新杰 |
| 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 |
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