Accurate thermal characterization and optimization of high lumen LED array fixtures
Yüksek lümenli LED armatürlerinin doğru ısıl karakterizasyonu ve optimizasyonu
- Tez No: 652289
- Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ FATMA NAZLI DÖNMEZER AKGÜN
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2020
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Boğaziçi Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Otomotiv, bina ve sokak aydınlatmalarında düşük enerji tüketiminden dolayı yüksek lümenli ışık yayan diyotlar (LED) tercih edilir. LED ışıkların yüksek performansını korumak için LED çipin oluşturduğu ısı efektif bir şekilde uzaklaştırılmalı ve bağlantı sıcaklığı düşürülmelidir. LED dizilerindeki LED çiplerin bağlantı sıcaklıkları termal model bilgi kitapçıklarından sağlanan sabit termal rezistans kullanılarak tahmin edilebilir. Ancak, simülasyonlarda kullanılan sabit termal rezistans genellikle katmanların sıcaklığa ve kalınlığa bağlı ısıl iletkenlikleri ihmal eder. Bu durum da yüksek lümenli LED dizi uygulamaları için daha önemlidir. Bu efekti eklemek için iki adımlı multiscale ısıl model sonlu eleman methodu ile oluşturulmuştur. İlk adımda LED dizisi ve soğutucu gibi önemli paket özellikleri vardır. İkinci adım ise tek bir LED çipin katmanlarının sıcaklığa ve kalınlığa bağlı ısıl iletkenliklerini dahil eden daha detaylı bir modelini içerir. Model büyük ve karmaşık yüksek lümenli LED dizilerinin bağlantı sıcaklıklarını soğutucu optimizasyonu sırasında analiz eder.Bugünlerde LED ışıkları efektif olarak soğutmak için genellikle pasif soğutucu olan kanatçık yapıları kullanılır. Daha iyi bir LED tasarımı için ısıl gerekliliklere bağlı olarak soğutucu ve kanatçık optimizasyonu gereklidir. Yüksek lümenli LED yapıları optimizasyonunda kütle, verim ve sıcaklık gibi farklı öncelikler vardır. Optimizasyon modeli bu önceliklere bağlı olarak ve sadece genişlik, uzunluk ve yayılmak istenen ısı miktarına göre yüksek lümenli LED yapılarını optimize eder. Ve bu optimizasyonların birleşme sıcaklığı üzerindeki gerçek etkisini görmek için sonucu iki adımlı ısıl modele uygulanır. Bu çalışmanın sonuçları, birleşme sıcaklığının tahmin edilmesinin termal model bilgi kitapçıklarından sağlanan sabit termal rezistans kullanılarak tahmin edilmesinden daha farklı olduğu gösterir. Multiscale ısıl model kullanılarak birleşme sıcaklığı daha kesin tahmin edilir. Ek olarak, yüksek lümenli LED yapısı tasarlamak için kullanıcı istediğine göre farklı öncelikler kullanılabilir ve başlangıç tasarımı optimizasyon modelinden elde edilir. Son olarak, bu optimizasyonların gerçek etkisini görmek için optimizasyon sonuçları multiscale ısıl modelde modellenir. Ve birleşme sıcaklığı optimazsyon modelindekine göre daha iyi tahmin edildiği görülmüştür.
Özet (Çeviri)
High lumen light emitting diode (LED) arrays have been preferred in automotive, building, and street lighting applications due to their low energy consumption. In order to maintain the high performance of LEDs, the heat generated by the LED chips should be removed effectively and the junction temperature should be reduced. Junction temperature of the LED chips in LED arrays can be estimated by the thermal models utilizing constant thermal resistances provided in LED datasheets. However, the constant thermal resistance used in thermal simulations often neglect the tempera- ture and thickness dependent thermal conductivity of chip layers, which becomes more important in high lumen applications of LED arrays. To include this effect, a two-step multiscale thermal model will be built via finite element solver. First step will include important package features such as LED array and the heat sink and the second step will include the detailed analysis of an individual LED chip by including temperature and thickness dependent thermal conductivity of chip layers. The model will be used to analyze large and complex high lumen LED array fixtures' junction temperature sensitivity to thermal optimization steps. Today, heat sinks that provide passive ther- mal management with fin structures are commonly used for effective heat removal from LEDs. Optimization of the heat sink and fin geometry based on thermal needs is cru- cial for better design of LED arrays. High lumen LED array structure has different priorities such as mass, efficiency, and the base temperature of the LED arrays. The optimization model will be used to optimize the high lumen LED structure by using only three different inputs such as width and length of the fin, and the amount of the heat that is desired to spread. And the results of these optimization are applied to the two-step multiscale thermal model to see the real effect of these optimizations on the junction temperature. The results of this study show that the junction temperature estimation is different at high solder temperatures than using constant thermal resistance values from the product datasheet. By using multiscale thermal model, junction temperature estimation is more accurate. In addition, to design a high lumen LED array, different priorities can be used according to user demand and different initial LED array designs are obtained from the optimization result. Finally, to see the real effect of these optimization designs, optimization results are applied to the multiscale thermal model and better junction temperature estimation is obtained than the optimization model.
Benzer Tezler
- Design, advanced manufacturing, and performance evaluation of optical sensor-integrated laminated composite monoleaf springs for heavy commercial vehicles: A numerical and experimental study
Ağır ticari araçlar için optik sensör entegreli lamine kompozit tek katlı yaprak yayların tasarımı, ileri üretimi ve performans değerlendirmesi: Sayısal ve deneysel bir çalışma
MUSTAFA BAŞARAN
Doktora
İngilizce
2026
Uçak Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HALİT SÜLEYMAN TÜRKMEN
PROF. DR. MEHMET YILDIZ
- Recycling and reuse of metals with deep eutectic solvents: A green and circular approach for the resynthesis of NMC cathodes from li-ion battery nmc cathode materials
Derin ötektik çözücüler ile metallerin geri dönüşümü ve yeniden kullanımı: li-iyon pil NMC katotlarından yeşil ve döngüsel bir yaklaşımla yeniden NMC katot sentezi
GİZEM BURCU BİLGİN
Yüksek Lisans
İngilizce
2025
Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. BİLLUR DENİZ KARAHAN
- Çevresel matrikslerde bulunan hardal gazı bozunma ürününün eutectic çözücüler ile ekstraksiyonu, kromatografik ve spektrofotometrik analizleri
Extraction of mustard gas degradation products from environmental matrices using eutectic solvents, chromatographic and spectrophotometric analysis
BUKET CESUR
Yüksek Lisans
Türkçe
2025
Kimyaİstanbul Teknik ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
PROF. DR. AYŞEGÜL GÖLCÜ
DOÇ. DR. MUAMMER KAPLAN
- Gan güç transistörlerinin anahtar kayıplarının nöral ağ tabanlı modellenmesi
Neural network based modeling of switching losses in gan power transistors
ALİİMZA DAŞDEMİR
Yüksek Lisans
Türkçe
2026
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MEHMET ONUR GÜLBAHÇE
- Management of phosphorus removal in municipal wastewater treatment plants
Kentsel atıksu artım tesislerinde fosfor gideriminin yönetimi
TOLGA TUNÇAL
Doktora
İngilizce
2008
Çevre MühendisliğiDokuz Eylül ÜniversitesiMühendislik Bilimleri Bölümü
PROF. DR. AYŞEGÜL PALA