Notice: Undefined index: linkPowrot in C:\wwwroot\wwwroot\publikacje\publikacje.php on line 1275
Strona główna > Publikacje
Publikacje
Pomoc (F2)
[91410] Artykuł:

Thermal Analysis of the Factors Influencing Junction Temperature of LED Panel Sources

(Analiza termiczna czynników wpływających na temperaturę złącza źródeł panelu LED)
Czasopismo: Energies   Tom: 12, Zeszyt: 20, Strony: 3941
ISSN:  1996-1073
Opublikowano: Pażdziernik 2019
 
  Autorzy / Redaktorzy / Twórcy
Imię i nazwisko Wydział Katedra Do oświadczenia
nr 3		 Grupa
przynależności		 Dyscyplina
naukowa		 Procent
udziału		 Liczba
punktów
do oceny pracownika		 Liczba
punktów wg
kryteriów ewaluacji
Antoni Różowicz orcid logo WEAiIKatedra Elektrotechniki Przemysłowej i Automatyki**Takzaliczony do "N"Automatyka, elektronika i elektrotechnika2070.0070.00  
Sebastian Różowicz orcid logo WEAiIKatedra Elektrotechniki Przemysłowej i Automatyki**Takzaliczony do "N"Automatyka, elektronika i elektrotechnika2070.0070.00  
Henryk Wachta Niespoza "N" jednostkiAutomatyka, elektronika i elektrotechnika20.00.00  
Krzysztof Baran Niespoza "N" jednostkiAutomatyka, elektronika i elektrotechnika20.00.00  
Damian Mazur Niespoza "N" jednostkiAutomatyka, elektronika i elektrotechnika20.00.00  

Grupa MNiSW:  Publikacja w czasopismach wymienionych w wykazie ministra MNiSzW (część A)
Punkty MNiSW: 140

Pełny tekstPełny tekst     DOI LogoDOI    
Słowa kluczowe:

LED  temperatura złącza  radiator  CFD 

Keywords:

LED  junction temperature  heat sink  CFD 


Streszczenie:

Ograniczenie temperatury złącza T j i utrzymanie niskiej wartości ma zasadnicze znaczenie dla żywotności i niezawodności źródeł światła półprzewodnikowych. Uzyskanie najniższa temperatura T j jest szczególnie ważne w przypadku paneli LED, przy czym w niewielkiej odległości jest wiele źródeł światła, zainstalowane pomiędzy którymi następuje wzajemne sprzężenie termiczne. W artykule przedstawiono wyniki badań symulacyjnych związanych z wpływem czynników konstrukcyjnych i otoczenia, które wpływają na wartość temperatury złącza przykładowych źródeł paneli LED. Wpływ konstrukcji grzejnika, płytek obwodów drukowanych, a także wpływ czynników otoczenia, takich jak temperatura otoczenia T a i prędkość przepływu powietrzav zostały poddane analizie. Obliczenia numeryczne wykonano w oprogramowaniu FloEFD firmy Mentor Graphics, które opiera się na obliczeniowej dynamice płynów (CFD). Do budowy modelu panelu termicznego LED określono wydajność optyczną η o i rzeczywisty opór cieplny Rth j-c w laboratorium dla zastosowanych źródeł światła.



Abstract:

Limiting junction temperature Tj and maintaining its low value is crucial for the lifetime and reliability of semi-conductive light sources. Obtaining the lowest possible temperature of Tj is especially important in the case of LED panels, where in a short distance there are many light sources installed, between which there occurs mutual thermal coupling. The article presents results of simulation studies connected with the influence of construction and ambient factors that influence the value of junction temperature of exemplary LED panel sources. The influence of radiator’s construction, printed circuit boards, as well as the influence of ambient factors, such as ambient temperature Ta and air flow velocity v were subjected to the analysis. Numerical calculations were done in the FloEFD software of the Mentor Graphics company, which is based on computational fluid dynamics (CFD). For construction of the LED thermal panel model the optical efficiency ηo and real thermal resistance Rthj-c were determined in a laboratory for the applied light sources.


B   I   B   L   I   O   G   R   A   F   I   A
1. Byung-Lip, A . Ji-Woo, P . Seunghwan, Y . Jonghun, K . Seung-Bok, L . Cheol-Yong, J. Oszczędności na energii chłodniczej dzięki systemowi zarządzania temperaturą dla oświetlenia LED w budynkach biurowych. Energies 2015 , 8 , 6658–6671. [ Google Scholar ]
2. Jagerbrand, A. Oświetlenie drogowe LED (dioda elektroluminescencyjna) w praktyce: ocena zgodności z przepisami i ulepszenia w celu dalszego oszczędzania energii. Energies 2016 , 9 , 357. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
3. Barroso, A . Dupuis, P . Alonso, C . Jammes, B . Seguier, L . Zissis, G. Ramy charakteryzacji do optymalizacji skuteczności świetlnej oprawy LED. W postępowaniu z dorocznego spotkania IEEE Industry Applications Society 2015, Addison, Teksas, USA, 18–22 października 2015 r .
s. 905–913. [ Google Scholar ]
4. Lasance, C . Poppe, A. Zarządzanie ciepłem dla aplikacji LED Springer Science, Business Media: Nowy Jork, NY, USA, 2014. [ Google Scholar ]
5. Leśko, M . Baran, K . Wachta, H . Różowicz, A. Koncepcja oprawy adaptacyjnej o zmiennym rozkładzie natężenia światła. W postępowaniu z 2018 r. VII. Konferencja oświetleniowa krajów wyszehradzkich (Lumen V4), Trebic, Republika Czeska, 18–20 września 2018 r . s. 1–4. [ Google Scholar ]
6. Khanh, T .
Bodrogi, P .
Vinh, Q .
Winkle, H. Oświetlenie LED. Technologia i postrzeganie
Wiley-VCH Verlag GmbH: Darmstadt, Niemcy, 2015. [ Google Scholar ]
7. Yang, K . Chung, C . Tu, C . Wong, C . Yang, T . Lee, M. Charakterystyka odporności na rozprzestrzenianie się ciepła modułu diod elektroluminescencyjnych dużej mocy. Appl. Ther. Inż. 2014 , 70 , 361–368. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
8. Bridges, J. Wydłuż żywotność diod LED dzięki projektowi termicznemu. Magazyn LEDs , 2015 84–86. [ Google Scholar ]
9. Chajed, S . Xi, Y . Li, Y . Gessmann, T . Schubert, E. Wpływ temperatury złącza na chromatyczność i właściwości oddawania barw trójchromatycznych źródeł światła białego opartych na diodach elektroluminescencyjnych. J. Appl. Phys. 2005 , 97 , 39–42. [ Google Scholar ]
10. Oleksy, M . Kraśniewski, J . Janke, W. Wpływ temperatury na parametry optyczne i elektryczne diody LED mocy. Przegląd Elektrotechniczny 2014 , 9 , 83–85. (W języku polskim) [ Google Scholar ]
11. Ahn, B . Park, J . Yoo, S . Kim, J . Jeong, H . Leigh, S . Jang, C. Efekt synergiczny między poprawą wydajności oświetlenia a redukcją energii budynku za pomocą alternatywnego termicznego systemu operacyjnego oświetlenia wewnętrznego LED. Energies 2015 , 8 , 8736–8748. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
12. Kudsieh, N . Khizar, M . Raja, MYA Modelowanie termiczne specjalnych radiatorów do taniego pakowania COP diod LED o dużej mocy. W toku IX Międzynarodowej Konferencji IEEE 2012 w sprawie sieci optycznych o dużej pojemności i technologii wspomagających (HONET), Stambuł, Turcja, 12–14 grudnia 2012 r. [ Google Scholar ]
13. Poppe, A . Farkas, G . Gaal, L . Hantos, G . Hegedus, J . Rencz, M. Wielodomenowe modelowanie diod LED w celu wspierania wirtualnego prototypowania opraw. Energies 2019 , 12 , 1909. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
14. Tzeng, S . Jeng, T . Wang, Y. Układ chłodzenia szybkiej osi obrotowej z żebrowanymi turbulatorami. IJETI 2013 , 3 , 38–48. [ Google Scholar ]
15. Shen, Q . Sun, D . Xu, Y . Jin, T . Zhao, X. Wpływ orientacji na naturalne rozpraszanie ciepła przez konwekcję radiatorów z żeberkami prostokątnymi zamontowanymi na diodach LED. Int. J. Transf. Masy ciepła 2014 , 75 , 462–469. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
16. Gupta, D . Venkataraman, V . Nimje, R. CFD i analiza termiczna radiatora i jego zastosowanie w procesorze. Int. J. Emerg. Technol. Adv. Inż. 2014 , 4 , 198–202. [ Google Scholar ]
17. Hyunjong, K . Kyoung, J . Yeonwon, L. Wydajność cieplna inteligentnych radiatorów do chłodzenia modułów LED dużej mocy. W postępowaniu z 13. Konferencji Międzyszkolnej IEEE na temat zjawisk termicznych i termomechanicznych w systemach elektronicznych, San Diego, Kalifornia, USA, 30 maja – 1 czerwca 2012 r. [ Google Scholar ]
18. Yieang, H . Shengnan, S . Hui, L . Yunjie, G. Ulepszona konstrukcja termiczna płetwy radiatora do chłodzenia lamp LED o dużej mocy. W materiałach z 17. międzynarodowej konferencji nt. Technologii pakowania elektronicznego, Wuhan, Chiny, 16–19 sierpnia 2016 r . s. 1069–1074. [ Google Scholar ]
19. Cao, J. Badanie trójwymiarowej symulacji numerycznej wpływu rozstawu płetw na moc radiatora i rozpraszanie ciepła. W materiałach z konferencji poświęconej energetyce i energetyce Azji i Pacyfiku, Wuhan, Chiny, 25–28 marca 2011 r. [ Google Scholar ]
20. Min. W . Seung, W . Yongchan, K. Optymalna konstrukcja termiczna poziomego radiatora z płetwą z modelem ze zmodyfikowanym otwarciem zamontowanym na module LED. Appl. Therm. Inż. 2015 , 91 , 105–115. [ Google Scholar ]
21. Teeba, N . Anithambigai, P . Dinash, K . Mutharasu, D. Wpływ orientacji radiatora i rozmieszczenia płetw na zachowanie termiczne diody LED dużej mocy. W toku 3. azjatyckiego sympozjum na temat jakości projektowania elektronicznego, Kuala Lumpur, Malezja, 19–20 lipca 2011 r .
s. 21–24. [ Google Scholar ]
22. Rong, W . Jung, W. Analiza konstrukcji i właściwości cieplnych niemetalowych urządzeń oświetleniowych żarówek LED. Int. J. Transf. Masy ciepła 2016 , 99 , 750–761. [ Google Scholar ]
23. Sapia, C . Sozio, G. CFD Przejściowy model pływalności wymiany ciepła dla radiatora: skutki obrotu geometrii, badania termiczne układów scalonych i układów (TERMINIC). W materiałach z 18. Międzynarodowych Warsztatów IEEE 2012, Budapeszt, Węgry, 25–27 września 2012 r. [ Google Scholar ]
24. Chein, R . Chen, J. Badanie numeryczne wpływu układu wlot / wylot na działanie mikrokanałowego radiatora. Int. J. Ther. Sci. 2009 , 48 , 1627–1638. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
25. Della Torre, A . Czarnogóra, G . Onorati, A . Khadilkar, S . Icarelli, R. Wieloskalowe modelowanie CFD płytowych wymienników ciepła, w tym żeberek O-Set i turbulizatorów typu Dimple do zastosowań motoryzacyjnych. Energies 2019 , 12 , 2965. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
26. Andersson, B . Andersson, R . Hakansson, L . Mortensen, M . Sudiyo, R . Wachem, B. Computational Fluid Dynamics for Engineers Cambridge University Press: Edinburgh, UK, 2012. [ Google Scholar ]
27. FloEFD. Dokumentacja techniczna, wersja oprogramowania 16, Mentor Graphics Corporation: Wilsonville, OR, USA, 2016. [ Google Scholar ]
28. LEDIL Strada 2x6. Dostępne online: https://www.ledil.com/data/prod/Strada/Strada-IP-2x6-sfds.pdf (dostęp 2 sierpnia 2019 r.).
29. Hsu, H.-C . Huang, Y.-C. Symulacja numeryczna i weryfikacja eksperymentalna do analizy termicznej kompaktowego wbudowanego downlighta LED z konstrukcją radiatora. Appl. Sci. 2017 , 7 , 4. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
30. Guo, Y . Pan, K . Ren, G . Yuan, F. Badanie charakterystyki temperatury LED i analizy termicznej w niskich temperaturach. W materiałach z międzynarodowej konferencji nt. Technologii pakowania elektronicznego i pakowania o dużej gęstości, Guilin, Chiny, 13–16 sierpnia 2012 r . s. 1411–1415. [ Google Scholar ]
31. Ye, H . Kohl, S . Zeijl, H . Gielen, A. Przegląd pasywnego zarządzania temperaturą modułu LED. J. Semicond. 2011 , 32 , 014008-1–014008-4. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
32. Poppe, A . Lasence, C. O standaryzacji charakterystyki termicznej diod LED. W toku 25. dorocznego sympozjum pomiaru i zarządzania półprzewodnikami IEEE Semiconductor, San Jose, Kalifornia, USA, 15–19 marca 2009 r . s. 151–158. [ Google Scholar ]
33. Funty, D . Bonner, R. Rurki cieplne o dużym strumieniu ciepła osadzone w płytkach drukowanych z metalowym rdzeniem do zarządzania temperaturą LED. W materiałach z 14. Konferencji Międzyspołecznościowej dotyczącej zjawisk termicznych i termomechanicznych w systemach elektronicznych (ITherm), Orlando, Floryda, USA, 27–30 maja 2014 r . s. 267–271. [ Google Scholar ]
34. Scheepers, G . Visser, J. Szczegółowe modelowanie termiczne diod LED o dużej mocy. W toku 25. dorocznego sympozjum pomiaru i zarządzania półprzewodnikami IEEE Semiconductor, San Jose, Kalifornia, USA, 15–19 marca 2009 r . s. 87–91. [ Google Scholar
35. Yurtseven, MB Mete, S . Onaygil, S. Wpływ temperatury i prądu napędowego na kluczowe parametry dostępnych w sprzedaży białych diod LED dużej mocy. Oświetlenie Res. Technol. 2016 , 48 , 943–965. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
36. GL Opti Spheres. Dostępne online: http://www.gloptic.com/wpcontent/uploads/2018/08/200931_Technical-Datasheet_SPHEREs.pdf (dostęp 2 sierpnia 2019 r.).
37. GL Spectis 6,0. Dostępne online: http://www.gloptic.com/wp-content/uploads/2018/08/200930_Technical-Datasheet_SPECTIS-6-0.pdf (dostęp 2 sierpnia 2019 r.).
38. 5305 TECSource Arroy Instruments. Dostępne online: http://www.arroyoinstruments.com/products/5305#tabs (dostęp 2 sierpnia 2019 r.).
39. Vakrilov, N . Stoynova, A . Kafadarova, N. Zastosowanie modelowania CFD do rozwiązywania problemów w termicznym projektowaniu aplikacji LED w początkowej fazie projektu. W postępowaniu podczas 40. wiosennego seminarium na temat technologii elektronicznej (ISSE), Sofia, Bułgaria, 10–14 maja 2017 r . s. 1–6. [ Google Scholar ]
40. Baran, K . Wachta, H . Leśko, M . Różowicz, A. Badanie odporności termicznej Rthj-c półprzewodnikowych źródeł światła o dużej mocy. W materiałach z 15. konferencji nt. Technologii obliczeniowych w inżynierii, AIP Conference Proceedings 2078, Mikołajki, Polska, 16–19 października 2018 r . p. 020047. [ Google Scholar ]
41. Torzewicz, T . Baran, K . Raszkowski, T . Samson, A . Wachta, H . Napieralski, A. Kompaktowe modelowanie termiczne źródła światła LED mocy. W materiałach z 30. Międzynarodowej Konferencji IEEE w sprawie mikroelektroniki (MIEL), Nis, Serbia, 9–11 października 2017 r . s. 157–160. [ Google Scholar ]
42. Torzewicz, T . Janicki, M . Napieralski, A. Eksperymentalne oznaczanie rezystancji termicznej złącza do obudowy w kompaktowych modelach termicznych LED. W materiałach z 17. Konferencji Międzyszkolnej IEEE na temat zjawisk termicznych i termomechanicznych w systemach elektronicznych (ITherm), San Diego, Kalifornia, USA, 29 maja – 1 czerwca 2018 r . s. 768–772. [ Google Scholar ]
43. JEDEC STANDARD. Metoda badania przejściowego podwójnego interfejsu do pomiaru rezystancji termicznej złącze-skrzynia urządzeń półprzewodnikowych z przepływem ciepła przez jedną ścieżkę
JESD51-14 JEDEC Solid State Technology Association: Arlington, VA, USA, 2010. [ Google Scholar ]
44. JEDEC STANDARD. Wytyczne dotyczące modeli termicznych z dwoma rezystorami JESD15-3 JEDEC Solid State Technology Association: Arlington, VA, USA, 2008. [ Google Scholar ]
45. JEDEC STANDARD. Wdrożenie elektrycznej metody testowej do pomiaru rzeczywistej rezystancji termicznej i impedancji diod emitujących światło z chłodzeniem zewnętrznym
JESD51–51 JEDEC Solid State Technology Association: Arlington, VA, USA, 2012. [ Google Scholar ]
46. MCPCB Berquist. Dostępne online: http://www.dm.henkel-dam.com/is/content/henkel/274-Henkel%20Bergquist%20LED%20Thermal%20Solutionspdf (dostęp 2 sierpnia 2019 r.).
47. T3Ster, grafika Mentora. Dostępne online: http://www.mentor.com/products/mechanical/products/upload/micred-hardware-products-thermal-transient-test-and-measurement-18fcbdfa-d43f-46ce-95ca-920bd098a0d0 (dostępne od 2 Sierpnia 2019).
48. Baza danych inżynierii FloEFD. Dostępne online: https://www.mentor.com/products/mechanical/floefd/ (dostęp 7 października 2019 r.).
49. Zarządzanie temperaturą diod LED Cree XLamp. Dostępne online: http://www.cree.com/led-components/media/documents/XLampThermal Management.pdf (dostęp 2 sierpnia 2019 r.).

POWRÓT
Strona główna > Publikacje