上海2013年6月3日電 /美通社/ -- 電子設(shè)計自動化技術(shù)的領(lǐng)導(dǎo)廠商 Mentor Graphics近日發(fā)布一份題為《熱仿真和熱特性分析幫助優(yōu)化汽車LED應(yīng)用》的研究報告。中文版的報告全文可在 Mentor Graphics 的官方網(wǎng)站閱讀和下載：[http://automotive.cn.mentor.com/news-publications/mentor-leds-automotive-applications]。
引言
本文講述了能夠幫助汽車照明行業(yè)實現(xiàn)較佳熱管理的方法。我們就選擇和測量 LED 熱特性以及為特定應(yīng)用選擇最合適的 LED 進行了討論。由于溫度過熱可能破壞 LED 系統(tǒng)的穩(wěn)定性，我們還討論了車前燈和車尾燈等形狀復(fù)雜照明系統(tǒng)的熱仿真，以及使用同步計算流體力學(xué)技術(shù)來設(shè)計更高品質(zhì)的產(chǎn)品并以更快、更高效、更經(jīng)濟的方式開發(fā)汽車照明系統(tǒng)。
行業(yè)趨勢
根據(jù)麥肯錫公司 (McKinsey & Company) 對全球照明市場的見解，汽車照明市場目前規(guī)模約為180億美元（130億歐元），占整個照明市場的大約20%，預(yù)計到2020年將增至250億美元（180億歐元）。隨著 LED（發(fā)光二極管）的發(fā)展，汽車應(yīng)用中的 LED 預(yù)計在未來10年會顯著增長。《LEDs Magazine》2012年11月刊登的一篇文章稱，戴姆勒即將面市的 S 系列梅賽德斯的所有照明系統(tǒng)都將使用 LED。2010年至2020年，LED的價格將減至當前價格的十分之一，因此相比傳統(tǒng)光源，LED 將更具競爭力。
與傳統(tǒng)汽車照明光源不同的是，LED 對溫度更加敏感，不僅僅需要對設(shè)計中使用 LED的結(jié)構(gòu)和特性有足夠了解，還需要了解從散熱器到冷卻流體的整個熱管理系統(tǒng)。擁有了這些技能后，照明設(shè)計師就能優(yōu)化其設(shè)計，確保 LED 使用壽命長久，發(fā)射波長移位最小，或者光輸出損失最小。他們還能更有效地將 LED 作為一種光源來使用，并推動 LED 在汽車行業(yè)的全面普及。
全文要點與大綱如下：
1.在汽車照明領(lǐng)域使用 LED 的挑戰(zhàn)
2.分析熱和輻射行為的特性可確保高可靠性
--熱特性
LED 的熱阻會對產(chǎn)品的壽命、效率和多個域的運行以及電、熱和光學(xué)性能造成影響（圖1）。LED 套件和其它所有半導(dǎo)體設(shè)備套件一樣，可通過熱阻進行很好的特性分析，以實現(xiàn)穩(wěn)定運行。熱阻數(shù)值告訴我們單位熱源應(yīng)用于設(shè)備會導(dǎo)致溫度上升多少度。
最基本的方法是測量部件與溫度相關(guān)的電壓。LED 從一個穩(wěn)定的狀態(tài)打開或關(guān)閉，過一段時間之后，又到達另一個穩(wěn)定的狀態(tài)（熱/冷，反之亦然）。在這個過程中不斷進行瞬態(tài)測量，提供很小測量電流下的熱瞬態(tài)響應(yīng)曲線。在測量出的溫度差異和功率差異（用于開關(guān)部件）（圖2）的幫助下，便可得出結(jié)構(gòu)函數(shù)（圖3）。
-- 輻射分析
熱分析對于了解發(fā)光二級管的缺陷至關(guān)重要，可用來獲得熱阻信息以及測試合適的粘結(jié)劑或熱界面材料來確保裝配后的較佳熱管理能力。但用來給發(fā)光二級管供電的總電力被轉(zhuǎn)化為熱和光。因此，如圖4所示，為了正確進行熱分析，發(fā)光二級管產(chǎn)生的光功率應(yīng)從供給電力中減去，從而得出真正的內(nèi)部熱阻（完全基于發(fā)光二級管的熱功率）。
通過明導(dǎo)的 TERALED/T3Ster 測試硬件，也可以從測量中導(dǎo)出參數(shù)，如總光通量、總輻射通量、X、Y 和 Z 三色值，同時還可以完成一份頻譜分析。通過一種單一的綜合測量方法，可能會測出二極管特性、光功率、輻射效率、光通量、發(fā)光效率、暗視覺通量和色坐標對電流和溫度的依賴性，并將其顯示為 LED 的驅(qū)動電流、接面溫度或冷板溫度的一個函數(shù)（見圖5）。
3.根據(jù)具體電流分析 LED 的熱量和亮度
圖6顯示，通過這個 LED 簡化模式，你可以定義電流，然后運用 T3Ster 數(shù)據(jù)或手動輸入計算得出的數(shù)據(jù)（通常來說沒有 T3Ster 數(shù)據(jù)那樣準確），你可以從 T3Ster 或數(shù)據(jù)表中獲得 LED 熱特性帶來的溫度值，你還可以獲得 LED 在這個接面溫度和電流下的光通量或“熱流明”和發(fā)熱率。LED 的溫度會依據(jù)不同的電流而有所變化。這些不同的電流和溫度變化又造成了光通量的不同。
4.早期仿真加快產(chǎn)品開發(fā)
5.與設(shè)計同步的計算流體力學(xué)確保對汽車 LED 系統(tǒng)進行成功的熱管理
憑借自動網(wǎng)格生成和其它技術(shù)，你只需對產(chǎn)品及其行為有必要的了解便能使用計算流體力學(xué)技術(shù)。傳統(tǒng)情況下耗時最長的步驟——仿真和網(wǎng)格生成——已較大程度地縮短。這項技術(shù)的應(yīng)用延伸至汽車行業(yè)的很多領(lǐng)域以及其它行業(yè)。圖7顯示了原始設(shè)備制造商工程師如何成功使用這項技術(shù)仿真來自他們 MCAD 系統(tǒng)內(nèi)部的不同汽車應(yīng)用。
結(jié)論
當使用Mentor Graphics的 T3Ster 和 TERALED 進行全面的 LED 熱阻瞬態(tài)測試（包括光度和輻射測量）時，你會得出高度準確和可重復(fù)的真正熱阻測量結(jié)果，并且在產(chǎn)品設(shè)計期間將這些轉(zhuǎn)換成用于計算流體力學(xué)仿真的熱阻-熱容模型。
進行高度加速的壽命測試還能幫助你選擇在產(chǎn)品使用期內(nèi)具有高可靠性的最合適的 LED。此外，熱仿真可確保熱管理系統(tǒng)在 LED 的整個生命周期提供適宜的環(huán)境，并且較大程度地降低對質(zhì)量和性能的影響。 FloEFD 同步計算流體力學(xué)方法還通過在設(shè)計初期進行仿真加速了產(chǎn)品設(shè)計周期，縮短了產(chǎn)品面市時間并削減了開發(fā)與樣機設(shè)計成本。
參考
關(guān)于 Mentor Graphics
Mentor Graphics 集團（納斯達克代碼：MENT）是電子硬件和軟件設(shè)計解決方案的全球領(lǐng)導(dǎo)者，為世界上較成功的電子和半導(dǎo)體公司提供優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品、咨詢服務(wù)和支持，所提供的支 持曾多次獲獎。公司成立于1981年，在過去的12個月中實現(xiàn)營業(yè)收入約10.15億美元。公司總部地址：8005 S.W. Boeckman Road, Wilsonville, Oregon 97070-7777（美國俄勒岡州）。官方網(wǎng)站：http://www.mentor.com 。
欲了解有關(guān)Mentor Graphics汽車解決方案的更多信息，請訪問http://automotive.cn.mentor.com 或發(fā)送電郵至auto_china@mentor.com。
