基于LED的照明系統中使用的分析模型的可行性研究

戶外LED照明系統不僅要承受雨水和灰塵，而且太陽輻射。在一般情況下，LED照明系統，計算與沒有太陽能負載。這是一個有效的假設，如果照明系統只在夜間進行操作。當受到各種環境條件本文討論的室外應用基于LED的照明系統的分析模型。

照明系統

該系統由一個安裝在外殼中的可旋轉的基于LED的燈夾具。外殼由上一個圓頂被置于一個鋁車廂。 LED燈燈具是主動冷卻散熱片與25冷白光LED。 LED的結溫需要為不同的正向電流來確定。內的外殼，元件，如電機，驅動器和一個LED電源單元(PSU)散熱。

照明系統的素描的圖像

圖1：照明系統的示意圖。

分析模型

甲熱阻圖推導來分析照明系統與圓頂向上或向下垂直安裝，如圖2的照明系統。假定照明系統不與地面接觸良好。

熱阻圖圖像

圖2：在其電氣等效給定的照明系統的熱電阻的圖。

尺寸

所述LED安裝在200毫米×200毫米的金屬芯基板(MCB)。該散熱器底座的尺寸具有相同的區域作為MCB。散熱器100毫米高，并且由兩個風扇消散3 W一起冷卻。散熱片/風扇組合有0.6 K / W的熱阻。

外殼為圓形，直徑為400毫米和400毫米。

據推測，在外殼和圓頂的壁厚對分析的影響可以忽略。因此，該壁的導通電阻被忽略。

還假設，只有在外殼將熱量傳遞到外部。

圓頂包括一個高200毫米，直的部分具有相同的直徑與外殼。

環境條件

太陽能負載(直接，間接和漫)假定為適用于所述外殼和圓頂的一半以外的區域。

對于壽命條件，太陽能負載是700W /平方米，在20℃的周圍。

的最大條件，太陽能負載是1020瓦/平方米，在40℃的周圍。

太陽能吸收率的圓頂，αsolar穹頂，被假定為0.4。

太陽能吸收外殼，αsolar-CS，被假定為0.4。

外殼的發射率被假定為0.85。

計算將在無風，并與2米/秒使用5和傳熱系數為15W /平方米·K，分別的風速來完成。

LED的共有25冷白光LED將在350被評估為1000毫安。評估采用LUXEON Rebel的可靠性和壽命數據為B10，L70條件有40000小時的壽命要求。壽命條件B10，L70意味著，對于特定的壽命，LED的10%，預計在規定的結溫度和正向電流失敗。失效準則是當LED的光輸出已經降低到其原始光的70%。

氮化銦鎵LUXEON Rebel LED的預期壽命圖像

圖3：預期(B10，L70)壽命的氮化銦鎵的LUXEON Rebel LEDs.1

所需的結溫在使用壽命和最大溫度條件下計算的。壽命條件從圖3取，而最大的條件是從Reference.2壽命和最高溫度使用公式1計算出的，并示于表1。雖然表1表明的壽命條件比最大的條件更嚴格對于某些正向電流額定值，無論是壽命和最大條件本文中進行評估。

方程1(1)

表1：最大和壽命的結溫required.1,2

LED可以被安裝在FR4 PCB或金屬芯基板。這些LED具有10 K / W的結至電路板的熱阻。 LED的散熱用方程2，其中，如果是在安培正向電流來計算，Vf為單位為伏特的電壓和ηL是光效率。在研究中使用的值列在表2中。

方程2

(2)

表2：LED散熱假設20%的光效。

電機與驅動器

的電機和驅動器被用在所述外殼以旋轉照明系統。來自這些設備的總功耗被假定為10 W.

LED電源單元(PSU)

LED功率供應單元也將散熱和由公式3，其中N是LED的數量和ηPSU是PSU的效率，這是假定為85%給出。

方程3

(3)

計算過程

此分析的第一計算步驟是確定的外壁的溫度。這可以通過應用繞所述外殼的控制量來完成。施加穩態能量平衡，等式4，以控制體積產量公式5，這被迭代求解外殼壁溫，TEN。請注意，在計算中，溫度以開爾文和不攝氏度。這是因為輻射方程使用溫度以開爾文，計算熱通量。

周圍的圍墻控制音量圖片

圖4：各地圍墻控制音量。

方程4

(4)

方程5

(5)

在哪里

方程6

(6)