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汽車照明的熱管理方法是什么

電子設計 ? 來源:電子設計 ? 作者:電子設計 ? 2020-12-24 10:10 ? 次閱讀

對振動不敏感、使用壽命長、高能效以及對光源進行完全控制的可能性是LED應用于汽車領域的關鍵因素。與白熾燈泡相比,LED對機械振動不敏感,并且由于智能汽車照明系統需要符合車輛要求與環境條件,因而LED易于控制的特性使其成為這一照明系統的自然選擇。然而,驅動LED以獲得高效的光輸出,則需要獨立于電源電壓的電流控制。

LED系統設計可以從多個角度進行探討。在PCB層,一種方法是首先定義LED結點的最高溫度,因為高結點溫度降低LED光發射,從而降低器件效率。汽車或卡車上使用的印刷電路必須非常可靠且高度耐用,但也必須具有成本效益。除了考慮LED光源所帶來的影響外,電路板設計還必須考慮驅動器的影響。材料應力、靜電放電、電場和磁場以及射頻干擾都是汽車電子所必須應對的外部因素。

PCB熱管理

節能大功率LED實現的主要障礙是對其產生的熱量進行管理。隨著設計技術的進步,防止器件免受熱量積聚影響的需求也日益增加,進而促進了板上芯片(COB)、陶瓷熱沉,以及其它針對功率LED的標準熱管理的封裝方案發展。大功率LED的尺寸很小,需要出色的散熱性能,以降低芯片的溫度,從而提高效率。

在產品的整個生命周期中管理熱阻抗的能力對于LED熱管理至關重要。在各種高溫應用中,封裝的選擇應將適當散熱的能力考慮在內。特別是,方形扁平無引腳(QFN)封裝為溫度敏感性應用提供了低感抗特性。另一方面,LTCC封裝和襯底可以保證降低介電損耗,但最重要的是,可以實現較小器件尺寸、較少的互連,從而可以降低各種無源寄生參數。

LED設計

雖然熱管理不容忽視,但每個LED設計還必須滿足應用的性能要求和上市時間限制。最傳統的熱襯底——金屬芯PCB(MCPCB)、氧化鋁(Al2O3)和氮化鋁(AlN),可以滿足所有要求以及市場需求。納米陶瓷是一種低成本的解決方案,可以滿足30 w/mk到170 w/mk之間的市場需求。

LED封裝必須在陽極和陰極電極上設計有熱墊。與其他應用于各領域的電子器件一樣,隨著結點溫每升高10°C,LED封裝的故障率就會加倍。FR4(阻燃)材料和復合環氧材料(CEMS)是完美的熱絕緣體,具有出色的導熱性能,可實現良好的散熱。

板上芯片(COB)LED(圖1)在市場上迅速普及。COB LED必須消耗10 W/cm2的熱功率,將材料的選擇限制在AlN、Al2O3和MCPCB上。MCPCB采用金屬基材作為散熱片。金屬芯通常由鋁合金組成。熱CLAD(TCLAD)是一種金屬基電介質,表面覆有一層銅。更高的可靠性,易處理性以及出色的性價比,使得帶有TCLAD的MCPCB成為傳統FR4襯底的卓越替代品。

照明驅動器

除了熱管理,LED還需要驅動器IC以獲得最佳照明性能。LED通常需要恒定的電流來產生一致的光輸出。輸出電壓將取決于許多參數,如LED制造工藝和LED串聯數量。工程師必須準確地預測最大輸出電壓,以選擇最佳調節器拓撲和相應的IC用于其LED照明應用。

汽車環境對集成調節器來說是一個挑戰。環境的溫度變化范圍很大,也會產生很大的瞬態和輸入干擾。此外,電源必須能夠承受負載和卸載瞬態,盡管這種與電池相關的現象通常由單獨的電路(抑制器、端子和過壓保護)來管理。所有用于汽車行業的LED顯示器的開關調節器和驅動器必須符合AEC-Q100標準。

德州儀器公司LMR23610ADDA是其 Simple Switcher系列的一部分,是一個采用8引腳PowerPAD封裝的降壓同步轉換器,它使用峰值電流控制來獲得簡單的控制電路補償。36V,1-A同步降壓調節器的輸入電壓范圍為4.5V到36V,適用范圍很廣。在75μA的靜態電流下,LMR23610ADDA可用于電池供電系統;超低(2μA)關斷電流可進一步延長電池壽命。精確的使能輸入簡化了控制器控制。保護功能可防止短路損壞和因過度功耗而導致的熱關斷(圖2)。

審核編輯:符乾江

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