产品系列
联系我们
联系人:陈经理
联系人:陈经理
电话:0570-881115
邮箱:lpehgtnwo@vibrationmovement.com
新闻中心
当前位置:首页 > 新闻中心 > 正文
光导型LED昼间行车灯的热学管理

基于的特性,LED的辐射光能量完全取决于驱动电流和结温。因此良好的热学管理系统是LED应用发挥良好性能的前提。在汽车光导型昼间行车灯应用领域,由于微小的光源空间尺寸和较低效光学系统的约束,必须使用高功率LED而导致热量的集中。因此,良好的热学管理方案必须被采用在光导型昼间行车灯应用中。

本论文采用欧司朗光电半导体QFN封装LED KWH2L531.TE作为光源,考虑了高性能的热学管理系统。对多种PCB的热学性能进行了比较,分析了散热器的影响,着重强调PCB材料的选择以及散热器设计的重要性。

光导是一种基于光的全反射原理的导光器件,当光从光密介质传输到光疏介质时,根据斯涅尔定律和全反射定律可知,当入射角大于临界角时,光不会通过光密介质出射到光疏介质,而是在两个介质的分界处发生了全反射现象;因此当光在光导(光密介质)中以大于临界角传输时,发生全反射现象使得光在光导中不断向前传输,若在光导表面做一些波纹或锯齿结构的处理,破坏光的全反射条件,使得一部分光逸出导光管,通过调节波纹和锯齿就能实现光导表面均匀的亮度分布;由于光导的效率相对反射器和透镜较低,根据光导的形状不同,效率也不同。要实现ECE R87的DRL最低400cd要求,通常一根光导需要500lm左右的光通量,根据目前LED的效率,至少需要两颗芯片来实现。由于光导直径通常只有6mm到8mm,因此对LED颗粒的尺寸要求很高,目前各LED大厂都发布了小尺寸封装(图1),在700mA电流下,每颗芯片能达到200lm左右;所以通常需要两颗单独的LED颗粒而且在加大电流的条件下才能实现;

欧司朗光电半导体最新的QFN封装LED KWH2L531.TE(图2),单颗额定功率6.5W,最大驱动电流为1.2A,最高工作结温150℃,短时间工作可以达到175℃,因此特别适合对温度要求较高的前向灯中应用。该LED两颗芯片封装在一起,芯片间距只有0.1mm,相比用两颗单独LED的方式极大的减小了间距,可以提高光导的耦合效率。目前KWH2L531.TE 在驱动电流1A,25℃条件下,可以达到560lm;即使考虑光衰,一颗LED就可以实现单根光导日间行车灯的要求,但由于芯片比较集中,导致热量聚集,所以对整个系统的散热性能要求较高。本文以欧司朗KWH2L531.TE LED为例,着重从散热角度出发,对整个散热系统的性能进行了分析和比较,对光导型DRL的散热系统给出了合适的建议。

图1  LUW CEUP

图2   KWH2L531.TE

基于KWH2L531.TE 光导型昼间行车灯系统(如图3)包括光学器件(光导),LED以及散热器件(图4)。

图3 光导昼间行车灯系统

图4 昼间行车灯散热系统

所以PCB和散热器将是影响整个散热系统的主要因素,为了简化分析,并且得到更直观的比较,将PCB和散热器分别进行独立的分析和比较。

1) PCB设计

对于一颗热流密度高,单颗功耗达到6.5W的 LED来说,选择金属基板的PCB是必要的。目前市场上金属基板PCB有两种,分别为铝基板和铜基板,但是基于成本和实际LED热量考虑,铜基板不在本论文中被采用。铝基板通常由三层组成(如图5):导电层(铜),绝缘层(环氧混合导热材料)以及衬底铝层。

图5 铝基板

在整个PCB组成材料中,绝缘层的导热系数通常较铝和铜低很多,一般在0.35w/m.k~3.0w/m.k之间,所以绝缘层材料的导热性能直接决定了整个PCB的性能,通常也直接决定了PCB的板材价格。

如图6所示,将PCB独立分析,铜皮厚度设定为35um,PCB背面设定为25℃恒定温度并给与无限大对流,仅考虑热传导,热功耗为5.2W。选择了三种典型PCB材料(图7)进行分析,得到(图8)的结果。

图6 PCB分析设定

图7 三种不同的PCB绝缘层性能比较

图8 三种不同绝缘层温度分布及热阻比较

如图8所示,导热系数为0.35W/m.k,厚度为75um的PCB相比导热系数3.0W/m.k,厚度38um PCB,热阻高了近8K/W,引起的温升为43℃。通过图9,可以很明显发现,这足以导致两则光衰差10%以上,甚至出现颜色漂移等现象。通常来说,绝缘层导热系数高且厚度薄能够极大程度的降低PCB的热阻,但是价格也会随之成倍增加,因此对于LED  KWH2L531.TE,若有散热器空间尺寸限制或有高光通量的要求,通常需要采用高性能的PCB,若要权衡价格和性能,一般建议采用绝缘层导热系数在2.0W/m.k左右,厚度为75um的铝基板。

图9 KWH2L531.TE光通量及颜色随温度变化曲线

2) 散热器设计

对于光导型昼间行车灯散热器的设计,通常有两种方法:散热器外置和内置方式,本论文基于图3,直径为55mm,翅片高度35mm的铝挤型散热器,采用导热系数为2.2W/m.k,绝缘层厚度为75um的PCB,对散热器内外置两种方式进行了对比分析。

图10 散热器外置温度分布图

图11 散热器内置温度分布图

从图10,图11得到,基于同样的散热器尺寸和PCB性能,当散热器外置时,RthJA(结点到环境热阻)为10.7K/W,结温为106℃;当散热器内置时,RthJA为15.1K/W,LED结温为125℃。因此外壳引起的热阻差异到达4.4K/W,结温相差19℃。所以在实际散热系统设计中,若散热器能够外置,可以做的相对较小或可以选择成本更低的PCB来实现相同的结温和光通量。

综合上述的因素,PCB板性能和散热器的设计直接影响了LED的表现。

本文主要介绍了利用OSRAM KWH2L531.TE LED光导型DRL的散热设计以及分析讨论了影响散热设计的两个主要因素,PCB材料选择和散热器设计。根据光导型DRL实际应用能够提供的空间,选择合适的PCB及散热器放置方式,能够使LED发挥高效的表现。

网站首页 HID车灯汽车灯新闻中心 联系我们 留言咨询
主营HID,车灯,汽车灯,汽车电池,汽配产品,汽车氙气灯
电话:0570-881115 陈经理 地址:浙江省衢州市
版权所有:浙江省满宝HID有限公司