《大功率LED车灯散热系统设计与性能研究》

技术简介：

随着汽车工业的快速发展,新一代LED车灯已经占据了汽车照明的主流市场,并在市场需求的推动下,逐步趋于小体积大功率的发展方向。然而高集成化的LED芯片在使用时会产生大量的热量,时刻威胁着LED车灯的正常工作,因此对LED车灯散热问题的研究至关重要。本文以市场上某款大功率LED车灯风冷散热模组为研究对象,针对该模组的散热问题,从散热器结构参数和冷却风扇空间位置两个方面进行优化设计,提高其散热性能。具体工作和研究成果如下:(1)对比研究了不同类型车灯散热器的散热性能,为散热器选型提供指导。通过热仿真对比直翅型翅片散热器、V型翅片散热器和蝴蝶型翅片散热器的散热性能,结果显示蝴蝶型翅片散热器表面空气流速更快,热交换能力更强,其表面温度比其它两款散热器低2.5°C-3.5°C。(2)优化了蝴蝶型翅片散热器的结构。首先采用控制单因素法,分别研究了蝴蝶型翅片散热器翅片的厚度T、间距S和角度A对LED结温的影响,然后基于影响因素的优化区间设计混水平均匀设计表并进行仿真,接着通过响应面分析得到LED结温T_j与T、S、A的回归方程,最后利用响应优化器进行最优值预测。结果表明,当T、S和A分别为3mm、3.9mm和74度时,LED结温取得最小值127.7°C,与优化前相比降低了3.2°C。(3)研究了冷却风扇空间位置对LED结温的影响。基于第3章对蝴蝶型翅片散热器的优化设计,针对冷却风扇空间位置影响LED结温的问题进行研究。同样采用控制单因素法、响应面法及热仿真方法,研究了风扇护风罩与壁面的径向距离X、风扇入风口与壁面的距离Y及风扇出风口与散热器的距离Z对LED结温的影响。结果表明,当X、Y和Z分别为19mm、18mm和5mm时,LED结温最小值为125.3°C,比优化前降低了2.4°C。(4)验证了优化设计的可靠性。通过将蝴蝶形翅片散热器的结构参数和冷却风扇空间位置的优化结果进行实物测试,结果显示实测与仿真的差值为3.6°C,表明优化设计是可靠的。

研发人员：马超