发布时间:2021-08-26 23:11:12
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随着照明技术的发展,前照灯光源不断升级以满足日益增长的需求。LED以其灵活、高效、寿命长的优点,取代了卤素灯和氙灯,成为主流光源。为了适应智能驾驶的发展趋势,前照灯设计进入了新一轮的交互式技术革命。基于真实路况输出信息的高分辨率技术,如数字投影照明,将是未来的一支生力军。
数字投影照明以数字化光信号处理(DLP)技术为基础,其重要部件是数字微镜器件(DMD)。通过DMD上的数百万个微反射器,可以更精确地控制光路,甚至在公路上实现绘画。这需要更高的光通量,与此同时LED的功率可以达到55W甚至更高,这远高于传统LED前照灯的15~30W。
DLP投影系统
功率增加会导致LED结温升高,输出光通量降低,有效寿命缩短。研究表明,随着结温的升高,LED的寿命将呈指数下降。为了保持其稳健性,必须给前照灯配备更有效的冷却系统。
(a) 被动对流 (b)主动对流
对于传统的LED前照灯产品,无论是直接或间接的光学设计,散热片、风扇等强制风冷系统都能在散热上提供支持,甚至可以支持ADB模块和矩阵LED模块。但对于高分辨率的前照灯,由于功率远高于传统的LED前照灯,DMD上光辐射更多,导致其温度升高。这就要求在高温时降低LED功率以保护DMD。用以下模拟来说明这一点:对于采用强制风冷系统,铝散热器热阻为1.5℃/W,仿真的DMD温度为104℃,LED 结温为121℃,此时,面对高温条件,光通量输出将下降50%以上,不能保证良好的光学性能。
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(a) 强迫风冷系统 |
(b)模拟结果 |
热管冷却方案
热管是一种两相传热装置,基于液体在封闭的真空通道中蒸发和冷凝进行热交换,其效果远好于热传导。对于热管冷却系统,热管散热器热阻为1.2℃/W,比传统冷却系统降低20%。DMD温度为100℃,LED 结温为117℃,在高温条件下,光通量输出下降了40%,与传统冷却系统相比,光学性能提高了10%。
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(a) 热管示意图 |
(b)模拟结果 |
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(a)热源和散热器之间的距离 |
(b)模拟结果 |
水冷系统示意图
数字投影模块水冷系统如下图所示。假设冷却介质为90℃发动机冷却水,模拟结果表明,水冷散热器的热阻为0.5℃/W,比传统冷却系统降低了67%。DMD温度93℃,LED结温115℃。在高温条件下,光通量输出下降25%,与传统冷却系统相比,其光学性能提高了25%。结果表明,水冷系统比热管冷却系统效率高,热性能和光学性能均有明显改善。
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(a)水冷系统 |
(b)主动对流 |
水温对DMD和光源的影响
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(a)离子风示意图 |
(b)EHD风机 |
(c)离子风机应用 |