LED汽車(chē)燈結(jié)溫估算及控制.pdf

1、發(fā)光二極管（Light-emitting diode：LED）為第四代光源，相比于傳統(tǒng)光源具有光效高、壽命長(zhǎng)、響應(yīng)速度快、體積小、抗震性好等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用在汽車(chē)照明領(lǐng)域。
　　在LED燈工作過(guò)程中，受限于 LED的電光轉(zhuǎn)換效率，將有超過(guò)70％的注入電能被轉(zhuǎn)換為熱能。如果LED燈的散熱不良，將會(huì)導(dǎo)致LED芯片結(jié)溫(又稱(chēng)：LED結(jié)溫、LED燈珠結(jié)溫、LED燈珠芯片結(jié)溫)過(guò)高，造成光效降低，壽命顯著縮短，光譜基波變長(zhǎng)等不良影響。針對(duì)這

2、一問(wèn)題本文采取實(shí)驗(yàn)和仿真分析手段，提出了LED汽車(chē)燈結(jié)溫優(yōu)化及控制的方法研究，主要工作包括以下幾個(gè)方面：
　　實(shí)現(xiàn)LED燈結(jié)溫優(yōu)化設(shè)計(jì)及控制的前提是快速、簡(jiǎn)便、準(zhǔn)確的測(cè)量LED芯片結(jié)溫。為此本文提出函數(shù)模型修正LED燈珠表面溫度估算LED芯片結(jié)溫的方法，具體做法是：首先搭建高速電流切換裝置及LED芯片結(jié)溫測(cè)試系統(tǒng)，采用前向電壓法測(cè)量LED芯片結(jié)溫；其次通過(guò)紅外熱像儀采集LED燈珠表面溫度。然后擬合得出LED芯片結(jié)溫與表面溫度的函數(shù)

3、模型，并通過(guò)有限元仿真分析修正該函數(shù)模型。最后采用該函數(shù)模型修正實(shí)時(shí)測(cè)量到的LED燈珠表面溫度，得出實(shí)時(shí)變化的LED芯片結(jié)溫。實(shí)驗(yàn)表明該方法測(cè)量LED芯片結(jié)溫的誤差可控制在1.5℃之內(nèi)。
　　中小功率LED汽車(chē)燈一般不加散熱器輔助散熱，為此本文以中等功率的日間行車(chē)燈為例，提出通過(guò)熱場(chǎng)仿真實(shí)現(xiàn)中小功率LED汽車(chē)燈的熱性能優(yōu)化設(shè)計(jì)的方法。首先，建立 LED日間行車(chē)燈有限元模型，根據(jù) LED芯片結(jié)溫估算結(jié)果修正LED日間行車(chē)燈有限元模型

4、，得到能夠準(zhǔn)確反應(yīng)LED日間行車(chē)燈熱場(chǎng)分布的有限元模型。然后，基于該有限元模型，通過(guò)仿真手段，研究LED芯片結(jié)溫與燈珠間距、鋁基板厚度之間的關(guān)系，并以此作為約束條件，提出LED日間行車(chē)燈的最優(yōu)化設(shè)計(jì)方案。
　　大功率LED汽車(chē)燈，比如LED汽車(chē)大燈，產(chǎn)熱量大，距離汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)距離近，工作環(huán)境溫度高，傳統(tǒng)散熱器散熱效果有限，為此，本文進(jìn)一步研究了基于半導(dǎo)體制冷片的LED汽車(chē)大燈結(jié)溫控制系統(tǒng)。首先，搭建大功率LED汽車(chē)燈散熱硬件系統(tǒng)，包

5、括制作LED恒流驅(qū)動(dòng)電路、半導(dǎo)體制冷片控制電路。然后，設(shè)計(jì)基于熱電偶傳感器和貝加萊PLC控制器的溫度控制硬件系統(tǒng)，在Simulink中搭建基于延時(shí)PID算法的溫度控制軟件系統(tǒng)。最后，將熱電偶實(shí)時(shí)測(cè)量的LED燈珠管腳溫度作為反饋量，輸入到控制軟件系統(tǒng)，并且由系統(tǒng)輸出量控制半導(dǎo)體制冷片工作，降低LED芯片結(jié)溫。該控制系統(tǒng)在50s之內(nèi)可將功率為10W的LED燈珠管腳溫度降低到25℃并保持，此時(shí)的LED芯片結(jié)溫為80℃左右，保證了LED汽車(chē)大燈