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: 80
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
- 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
- A Physics-Driven Model for the Closed-Loop Quality Control of Remote Laser Welding
Uzaktan Lazer Kaynağının Kapalı Çevrim Kalite Kontrolü için Fizik Odaklı Bir Model
ERKAN CANER ÖZKAT
Doktora
İngilizce
2019
Makine MühendisliğiUniversity of WarwickMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. DAREK CEGLAREK
- Atomik kuvvet mikroskobu ile biyomoleküllerin doğal ortamlarında tayini ve karakterizasyonu
Detection and characterization of biomolecules with atomic force microscope in their native environments
DEMET ÇATÇAT KAYIM
Doktora
Türkçe
2014
BiyofizikHacettepe ÜniversitesiNanoteknoloji ve Nanotıp Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. MEMED DUMAN
PROF. DR. EMİR BAKİ DENKBAŞ
- Modelling formation of fuel-in-oil due to post injections in diesel applications
Dizel motorlarda art püskürtmeler sebebiyle yağ seyrelmesi oluşumunun modellenmesi
MURAT GÖNÜL
Doktora
İngilizce
2021
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. OSMAN AKIN KUTLAR
- Plant-wide process analysis targeting reliable estimation of biogas production from anaerobic sludge digestion
Anaerobik çamur çürütme prosesinden biyogaz üretiminin güvenilir tahminine yönelik tesis geneli proses analizi
GÖKŞİN ÖZYILDIZ
Doktora
İngilizce
2024
Çevre Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HAYRETTİN GÜÇLÜ İNSEL