基于微通道與熱電制冷技術(shù)的LED前照燈散熱研究.pdf

1、照明系統(tǒng)作為汽車的關(guān)鍵部件之一，對(duì)行車安全起著至關(guān)重要的作用。在“節(jié)能環(huán)保、低碳經(jīng)濟(jì)”的大背景下，LED作為“第五代”照明光源，順應(yīng)時(shí)代潮流，已在多個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。目前，單顆功率型LED芯片的驅(qū)動(dòng)電流高達(dá)1000mA，過高的結(jié)溫將會(huì)引起芯片內(nèi)部的熱量聚集，使其發(fā)光主波長發(fā)生偏移，發(fā)光效率下降，從而影響使用壽命和工作穩(wěn)定性。而前照燈質(zhì)量的好壞對(duì)行車安全有著重要的影響，因此，選取有效的散熱方案降低結(jié)溫是LED前照燈得以推廣普及的關(guān)鍵所

2、在。分析LED前照燈工作時(shí)的特殊要求及封裝結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，主動(dòng)散熱將是LED前照燈的首選散熱方案。研究中提出了微通道液冷與熱電制冷兩種主動(dòng)式散熱方案，并建立模型，分別進(jìn)行數(shù)值計(jì)算和試驗(yàn)研究。通過散熱系統(tǒng)的熱阻網(wǎng)路模型，探尋影響LED結(jié)溫變化的外部因素，研究發(fā)現(xiàn)，減小散熱器導(dǎo)熱熱阻和增大散熱器表面平均流動(dòng)傳熱系數(shù)可有效降低芯片結(jié)溫。
　　采用數(shù)值模擬方法探尋了微通道散熱器進(jìn)、出口位置分布對(duì)其內(nèi)部流體的流動(dòng)形態(tài)與傳熱性能的影響，并研究了微通

3、道材料、環(huán)境溫度、導(dǎo)熱膠熱阻對(duì)LED結(jié)溫的影響。結(jié)果表明，“U”型與“V”型微通道的流體進(jìn)、出口平面與流體流動(dòng)平面垂直，形成對(duì)微通道壁面底部的沖擊射流后反彈，并從而完成對(duì)微通道壁面的二次射流冷卻?！癠”型與“V”型結(jié)構(gòu)對(duì)LED芯片的冷卻效果優(yōu)于“I”型、“N”型、“S”型、“D”型微通道，且內(nèi)部各通道液體流速與LED芯片間結(jié)點(diǎn)溫度差異更小，可保證兩顆LED光源性能的一致性。當(dāng)模擬環(huán)境溫度最高為50℃、發(fā)熱功率最大為30W時(shí)，芯片結(jié)溫為8

4、7.41℃，低于規(guī)定的極限值120℃。
　　建立熱電制冷功率型LED前照燈散熱系統(tǒng)模型，制冷器熱端搭載了不同類型的附屬冷卻裝置（熱沉、水冷板）以提高制冷效率，制冷量與制冷速率可通過改變制冷片驅(qū)動(dòng)電流的大小進(jìn)行調(diào)節(jié)，且易于與燈具的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)相匹配。研究中利用恒溫箱模擬車燈所處發(fā)動(dòng)機(jī)艙的環(huán)境溫度，采用紅外熱成像儀測量LED芯片表面溫度分布，并與僅采用風(fēng)冷或液冷方案時(shí)的散熱效果進(jìn)行了對(duì)比。結(jié)果表明，熱電制冷器對(duì)外部風(fēng)扇風(fēng)速或冷卻液體流