發(fā)光LED液冷方案在汽車行業(yè)的應用

　　2.2 系統(tǒng)級――空氣冷卻

　　應用汽車前照燈要求光必須是向前照。為此需要把IMS板安放在前照燈組件后面的45度面處。對于被動式冷卻，熱沉直接就安裝在IMS板的背面。在實際中，整個系統(tǒng)應放在前照燈的空腔里通過對流進行換熱。由于空腔尺寸有限，熱沉的尺寸收到了限制。如圖2所示，LED的結溫遠遠超出其最大容許值125℃。

圖2. 被動式冷卻方案前照燈剖面溫度云圖（Tj=200℃）

　　主動式空氣冷卻也進行了研究。然而由于其內在的空間以及周圍件的約束采用較大數(shù)量的高速風扇是不可行的。從其可靠性，成本及加工方面考慮都是行不通的。綜上所述，液冷措施被確定為下一步研究方向。

2.3 系統(tǒng)級――被動式液冷

　　有兩種被動式液冷可以考慮：被動式封閉循環(huán)和熱管兩種方式。

　　模擬結果說明被動式封閉循環(huán)可以達到要求，可以使LED的結溫能維持在最大容許工作溫度下。然而被動式系統(tǒng)中液體驅動力是通過浮力來獲得的。因此，此系統(tǒng)需要一個熱交換器放在熱源上，里面形成的較熱、較輕液體（如水）將上行抵抗重力被冷卻。雖然從熱的角度看是可行的，但實際中此方法并不適合對前照燈進行冷卻，因為前照燈設計里要求熱交換器必須放著LED燈具的下面。

　　對于熱管冷卻的辦法，一個循環(huán)熱管系統(tǒng)只是一個系統(tǒng)內的熱量循環(huán)。然而，需要每一個LED板都需單獨裝上一套熱管系統(tǒng)進而大大增加了整個LED燈具冷卻系統(tǒng)的成本。靈活的熱管產品（ 如Thermotek，Dau）其價格每個大約在1000$。況且，即使單從散熱分析的角度考性可行，但由于其工程難度和成本方面看，采用熱管方式冷卻也是不可行的。

　　綜上所述，解決汽車行業(yè)應用高亮LED所需的冷卻措施需要投向主動式冷卻辦法。

　　3.主動式冷卻

　　3.1 系統(tǒng)結構

　　液冷系統(tǒng)包括如下：泵，連接熱源（IMS板）的冷板，蓄水池和熱交換器。它們之間用管子連接構成封閉的回路系統(tǒng)。

　　鑒于每一個板子都要調整，故每個冷板需要單獨貼在每個相應的板子上。由于重量和體積的限制，以及遠光和近光不會同時開啟，故遠光和近光共同使用一個熱交換器。進而可以用加倍體積的換熱器帶走更多的熱量。換熱器是由熱沉及底部液冷盤管構成。考慮到熱特性和易用方面，冷卻系統(tǒng)采用的工質主要是用增添添加劑的水（添加劑如：防凍液，乙二醇，抗藻及抗菌劑等。）

　　有幾種組合方案可以考慮。為了降低對泵的損壞和提高其可靠性，故泵的液冷部分是可見的。第一種方案是五個近光和遠光（LB-HB）循環(huán)系統(tǒng)平行放置（圖三）。從理想的熱分析角度去看，需要兩套岐管加上兩個輸水軟管及連接部件。然而此方案使整個系統(tǒng)變得太復雜，因而不宜采用。

圖3 冷板和散熱器設計及軟管連接

　　第二種解決方案由同樣的5個LB-HB冷板回路構成，但是之間的鏈接用一個單循環(huán)構成。此循環(huán)路徑很長導致壓降很大。熱分析模擬結果表明回路的壓降值正好在泵壓頭一下，故不會對此冷卻系統(tǒng)造成散熱方面不利的影響。

　　最后，一個備選的方案推出，此液體方案是一個回路通過一系列近光燈（LB）冷板，然后通過一些列遠光燈（HB）冷板，最后經過散熱器（如圖4）。此設計的優(yōu)點是管子數(shù)量從17根減到14根，較少的管子數(shù)有利于兩種光單獨進行調整進而易于安裝。熱分析表明此方案中在整個回路里最后一個板子上的3個LED的結溫僅比第一方案中對應的結溫高5度。

圖4 主動式液冷裝置結構：液冷回路連接所有的LB冷板然后流入HB板進而流入散熱器