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明导电电子专家分享：汽车电子中的LED高效热管理

作者：埃里希·布尔格尔电子导师（Mentor Graphics CorporaTIon），机电产品分析部门总经理，目前约占汽车成本的30-40％，并且这个数字还在稳步增加。这些电子产品不仅包括发动机控制单元，制动系统和传动系统控制装置等功能组件，而且还包括娱乐和导航组件。
最近使用LED技术的爆炸性增长也说明了这一点。例如，欧洲所有新车都必须配备日间行车灯，而LED由于其低功耗和高效率而已成为首选的照明技术。
高效的热管理非常重要，因为LED将继续散发热量，并且LED的灯罩越来越小。随着亮度和功率的不断提高，紧密排列的LED（例如汽车前灯和尾灯）无法通过风扇进行冷却。
因此，可靠性和性能必然会受到影响。当LED超过临界结温时，将出现两个问题。
首先，LED会变暗，颜色也会改变。其次，如果温度继续过高，则会缩短其使用寿命并过早报废。
汽车LED的平均使用寿命为数千小时，这些问题将给制造商带来额外的保修成本。良好的散热设计是高效散热管理的关键。
LED组件是设计过程中的第一环节（见图1）。组件设计人员使用热分析软件和测量硬件来分析组件的材料和结构，以确保结点产生的热量可以轻松地通过LED的每一层散发。
子系统设计人员将LED排列成一个阵列，添加散热器和其他冷却设备，然后再次分析产品。他们可能会调整LED之间的间隔距离或添加其他冷却设备，以确保LED不超过临界温度。
机械工程师通常使用机械计算机辅助设计（MCAD）系统完成最后一步。设计人员将阵列的LED灯（例如汽车前灯）放在灯罩中，并使用高级计算流体动力学（CFD）。
）用于热分析的软件。图1：LED设计的每个环节中的热分析对于良好的热管理都是必要的。
如果在组件级别解决了热管理问题，则并不意味着子系统的问题也已解决。解决子系统的热管理问题并不意味着可以解决系统的热管理问题。
只有解决所有的散热问题，我们才能确保该设计具有良好的散热管理。设计空白–优秀的CFD热分析软件已经问世多年。
FloTHERM之类的产品快速，准确，并且易于使用，是设计人员的理想选择。但是，此分析的质量取决于提供给软件的组件的热模型。
无论分析质量多么出色，不正确的模式都只会误导您。供应商提供的典型的LED数据表将仅显示大量的功率损耗（例如最大正向电流和电压），并且在结和某些参考（例如焊点）之间只有一个热阻。
没有有关热量如何通过包装各层以及如何消散的信息。也没有可用于定义每一层的热阻和电容的热路径/障碍物描述。
因此，热学专家通常会估计设备的内部结构，并创建一个热模型来说明每一层和结构的热阻和电容。但是，与热能专家仅相差几个百分点将导致分析不准确。
使用此方法时，无法验证或判断热模式的准确性。因此，在出色的散热设计过程中仍存在差距。
在产品开发的所有方面（组件，子系统和整个系统），热分析都是必不可少的。但是只有当组件热模型良好时，热分析结果才可以被认为是良好的。
如果不了解组件的内部结构，我们将无法定义或验证模型的准确性，通常，组件供应商将不会公开该领域的知识产权。 “填补空白”。
解决此问题的方法是通过定义和验证组件来简化热模型，如图2所示，在硬件测试/测量与热分析之间建立联系。现有硬件可以测量。
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