[發明專利]一種LED燈設計驗證方法及其在外掛燈和前大燈的應用

有效

• 申請號: 201410615201.2
• 申請日: 2014-11-05
• 公開（公告）號: CN104462648B
• 公開（公告）日: 2018-03-02
• 發明（設計）人: 何孝文
• 申請（專利權）人: 佛山克萊汽車照明股份有限公司
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 深圳市君勝知識產權代理事務所(普通合伙)44268
• 代理人: 劉文求

技術領域

本發明涉及一種設計及模擬驗證方法，尤其涉及的是一種LED燈設計驗證方法及其在外掛燈和前大燈的應用。

背景技術

作為新型的照明光源技術，LED具有高光效、壽命長、體積小、響應快等諸多優點。由于受到使用功率的限制，早期的LED主要用于儀表顯示，家用照明等領域，而后被引入汽車照明領域后，也僅作為尾燈或輔助照明使用。

LED用于汽車前大燈的主要瓶頸在于散熱，由于LED的光轉化效率僅有20-30％，很大一部分能量將轉換為熱量，使LED芯片的溫度升高。而LED芯片的光效、壽命和可靠性極大地依賴于芯片溫度(結溫)，如何通過高效的散熱設計將芯片產生的熱量傳導出去并與環境有效交換，從而使LED芯片工作在安全溫度下是長期以來LED照明領域的關注熱點。

隨著LED芯片加工和封裝工藝的不斷進步，LED的光效不斷提高，并且LED芯片級和封裝級的散熱設計更加合理，這使得用于汽車前大燈的LED照明系統成為了可能。2007年，雷克薩斯推出的LS600h是第一款將LED用于前大燈照明的量產車，但是該款車只是近光燈使用了白光LED，遠光燈仍然采用了傳統的鹵素燈。2008年，奧迪R8成為了第一輛搭載全LED前大燈的車型，它的遠近光、轉向、日間行車燈燈前大燈的照明功能全部使用LED元件。之后，包括凱迪拉克、寶馬等高端車型，以及高爾夫 7和蒙迪歐等中端車型均加入了LED前大燈汽車的行列。

在前車燈的散熱設計方面，雷克薩斯的LS600h由日本小系車燈公司設計，采用了一體化被動散熱結構，考慮到遠光燈并未使用LED，因此散熱條件并不苛刻。奧迪R8由Automobile Lighting公司設計，在一體化散熱的基礎上，采用了外加風扇的主動散熱方式。法雷奧在為沃爾沃S60概念車設計的前大燈中更是采用了外加熱管及風扇的高效散熱方式。

從目前LED的工藝水平以及汽車前大燈的照明需求來看，僅僅空氣自然對流的被動散熱很難到達要求，而主動散熱可以通過外加風扇、合成射流器或者半導體制冷片實現。其中，半導體制冷片散熱需要對燈具結構做較大改變，而且還需要輔助散熱裝置對制冷片熱端進行散熱，否則可靠性難以保證，因此半導體制冷片散熱的車燈還僅存在于概念設計層面，未見產品。外加風扇和合成射流器散熱僅僅需要在現有散熱器后端做較小改動，可行性更強。相比較而言，合成射流器更具優勢：首先，合成射流器體積較小，可以在汽車大燈與發動機間的狹小空間內安裝；其次，合成射流器壽命更長，能夠提高整個燈具的可靠性；同時，合理排布的合成射流器噴氣孔能產生二次流動，有效提高散熱器表面的換熱效率。目前，國內采用合成射流器的LED專利還不多，而且相當一部分只是應用于路燈與其他照明裝置，應用在車燈上產品實例仍然空缺。而在換熱條件苛刻的情況下，如何采用更合理的導熱布置和散熱方案是亟待解決的一個問題。

因此，現有技術還有待于改進和發展。

發明內容

本發明的目的在于提供一種LED燈設計驗證方法及其在外掛燈和前大燈的應用，旨在解決在換熱條件苛刻的情況下，如何采用更合理的導熱布置和散熱方案的問題。

本發明的技術方案如下：

一種LED燈設計驗證方法，其中，具體包括以下步驟：

步驟S1：確定LED燈具的結構，對LED燈具和LED燈珠進行建模；

步驟S2：對LED燈具和LED燈珠模型進行簡化；

步驟S3：對簡化后的LED燈具和LED燈珠模型進行數值模擬驗證；

步驟S4：根據步驟S2和步驟S3得出結論，確定LED燈具的導熱布置和散熱方案是否可行。

所述的LED燈設計驗證方法，其中，所述步驟S1中，采用CAD軟件設計LED燈具的結構和對LED燈珠建模。

所述的LED燈設計驗證方法，其中，所述步驟S2中，對LED燈具和LED燈珠模型進行簡化，采用Icepak軟件的多尺寸網格劃分功能，對燈珠結構和燈具的重要部件處采用較密的網格，而對自由空間內則采用較稀的網格；已知燈珠熱阻和燈珠功率，直接將燈珠等效成一個無厚度的發熱面，通過Ansys軟件的Icepak模塊模擬得到基底表面溫度后，將基底表面熱阻與芯片間熱阻考慮進去，代入公式(3)，得到燈具的結溫：

T_junction＝T_substrate+(R_die+R_Solder)×P.