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超大功率强光探照灯照明设计

来源:照明灯具 时间:2023/2/22
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一、二层结构模式

针对现有大功率强光探照灯照明散热技术存在多热阻、散热能力低的问题,可以试图通过“芯片一散热一体化(二层结构)的模式”来解决大功率强光探照灯照明光效低、光衰严重、成本高等系列问题。

“芯片一散热一体化(二层结构)模式”是一种新型的强光探照灯光源封装模式、结构模式和热管理系统模式。利用该技术模式制备出的大功率强光探照灯照明灯具,不仅彻底解决了散热问题,而且还有效地解决了诸如在配光、光效、寿命和维护等方面的问题,已经开发出长寿命、高光效的大功率强光探照灯系列产品,如路灯、筒灯、隧道灯、工矿灯、汽车前大灯、景观灯等照明设备。

1.技术路线

“芯片一散热一体化(二层结构)模式”,不仅去除了铝基板结构,而且还将多个芯片集中直接安置在散热体上,组成多芯片模组单光源,制备成集成式大功率强光探照灯灯具,光源为单颗,呈面光源或集束式光源。

2.技术关键

如何增强对芯片的导热能力,减少热阻界面层,涉及到热管理系统结构模式、流体力学以及超热导材料工程应用等问题;如何有效控制散热基体的热储量,规划对流散热路径,建立高效自然对流散热体系,主要从灯具结构设计着手。

3.技术方案

通过改变强光探照灯光源封装结构、散热结构和灯具结构模式,来减少热阻层;应用超热导材料,增加芯片热源的导热性能;基于“芯片一散热一体化二层结构”优化热管理系统,增加空气的流动,形成自然对流散热。

4.设计思路

采取模组化方式制备高功率强光探照灯灯具。将光源、散热、外形结构等封装成一个整体模组,而模组之间又相互独立,任何一个模组都能被单独更换,当一个部分发生故障时,只需更换故障模组,而无须更换其他模组或整体更换就能继续正常工作。灯具的所有模组部分都能徒手拆装,实现方便、快捷、低成本的维护。

设计要点:对系统模组化,除了满足灯具的散热、更换要求外,还必须满足强光探照灯照明灯具的光学(光学效率)需求、造型(市场)需求。

二、二层结构模式技术特点

1.将芯片和铝合金+超热导材料复合基体(散热器)连接为一体,应用独特的大功率强光探照灯封装技术,将多个芯片集中直接封装在散热基体上,使芯片与散热基体之间的热阻更小,整个散热基体就是一个完整的灯具,形成集成式大功率强光探照灯照明部件。

2.基于仿生学原理设计热管理系统,建立芯片一散热一体化二层结构热阻模型,便于对其进行结温计算和寿命预测。芯片一散热一体化二层结构的特点是热源芯片直接封装在散热器上,随着发热源的温度升高,空气在多孔状散热器中发生流动,多孔为空气对流提供了流动通道,热被自动散发出来,确保芯片在安全使用温度范围内正常工作。先进的导热和热对流系统确保良好的散热效果,进一步提高了芯片的发光效率。

3.将芯片(45mil×45mi1)进行集成式封装(芯片集中在一个小区域),得到光效较高的面光源,具有光通量密度高、总光通量高、低眩光的特点。

目前,运用上述技术已制备出了“芯片一散热一体化(二层结构)模式”大功率强光探照灯照明灯具,如路灯、隧道灯、筒灯、射灯等。此外,目前大功率强光探照灯汽车前大灯均需要电风扇加强散热,难以满足市场化应用需求,利用二层结构制成的集束式大功率强光探照灯氙气汽车前大灯,解决了目前汽车灯行业采用LED光源制造汽车前大灯的局限性。

三、大功率强光探照灯产品技术指标及优势

①高效散热:采用自然散热方式,彻底解决大功率强光探照灯散热难题(温差4℃,散热器

温度60℃,在环境温度35℃的条件下实测);

②大电流:供给芯片的额定电流每颗为~mA;

③高光效:整灯光效达到了90.9lm/W;

④长寿命:h;

⑤光衰小:国家灯具质量监督检验中心检测结果h寿命测试无光衰;

⑥集成式:COR(ChipOnRadiator),即芯片集成直接粘接在散热器上,与集成粘接在铝基板上的COB(ChipOnBoard)集成式完全不同。集成芯片为单颗,呈面光源、单光原或集束式,光源(安装玻璃透镜)射出;

⑦照明效果与传统的非LED光源一样,不改变人类的用光习惯;

⑧结构简单:便于维护,无需整体更换。

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