基于LED的照明系統(tǒng)中使用的分析模型的可行性研究
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戶外LED照明系統(tǒng)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(tǒng)，計(jì)算與沒有太陽能負(fù)載。這是一個(gè)有效的假設(shè)，如果照明系統(tǒng)只在夜間進(jìn)行操作。當(dāng)受到各種環(huán)境條件本文討論的室外應(yīng)用基于LED的照明系統(tǒng)的分析模型。
本文引用地址：http://www.butianyuan.cn/article/201808/386955.htm照明系統(tǒng)
該系統(tǒng)由一個(gè)安裝在外殼中的可旋轉(zhuǎn)的基于LED的燈夾具。外殼由上一個(gè)圓頂被置于一個(gè)鋁車廂。 LED燈燈具是主動(dòng)冷卻散熱片與25冷白光LED。 LED的結(jié)溫需要為不同的正向電流來確定。內(nèi)的外殼，元件，如電機(jī)，驅(qū)動(dòng)器和一個(gè)LED電源單元(PSU)散熱。
照明系統(tǒng)的素描的圖像
圖1：照明系統(tǒng)的示意圖。
分析模型
甲熱阻圖推導(dǎo)來分析照明系統(tǒng)與圓頂向上或向下垂直安裝，如圖2的照明系統(tǒng)。假定照明系統(tǒng)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(tǒng)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(qū)域作為MCB。散熱器100毫米高，并且由兩個(gè)風(fēng)扇消散3 W一起冷卻。散熱片/風(fēng)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(jù)推測，在外殼和圓頂?shù)谋诤駥Ψ治龅挠绊懣梢院雎?。因此，該壁的?dǎo)通電阻被忽略。
還假設(shè)，只有在外殼將熱量傳遞到外部。
圓頂包括一個(gè)高200毫米，直的部分具有相同的直徑與外殼。
環(huán)境條件
太陽能負(fù)載(直接，間接和漫)假定為適用于所述外殼和圓頂?shù)囊话胍酝獾膮^(qū)域。
對于壽命條件，太陽能負(fù)載是700W /平方米，在20℃的周圍。
的最大條件，太陽能負(fù)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(fā)射率被假定為0.85。
計(jì)算將在無風(fēng)，并與2米/秒使用5和傳熱系數(shù)為15W /平方米·K，分別的風(fēng)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(shù)據(jù)為B10，L70條件有40000小時(shí)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(yù)計(jì)在規(guī)定的結(jié)溫度和正向電流失敗。失效準(zhǔn)則是當(dāng)LED的光輸出已經(jīng)降低到其原始光的70%。
氮化銦鎵LUXEON Rebel LED的預(yù)期壽命圖像
圖3：預(yù)期(B10，L70)壽命的氮化銦鎵的LUXEON Rebel LEDs.1
所需的結(jié)溫在使用壽命和最大溫度條件下計(jì)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(jì)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(yán)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(jìn)行評估。
方程1(1)
Forward Current,If[mA] | Tj,lifetime condition | Tamb | Tj,lifetime | ΔTj,lifetime |
350 | 132.0 | 20.0 | 115.2 | 95.2 |
700 | 128.3 | 20.0 | 112.0 | 92.0 |
1000 | 126.0 | 20.0 | 110.1 | 90.1 |
Forward Current,If[mA] | Tj,max condition | Tamb | Tj,max | ΔTj,max |
350 | 150.0 | 40.0 | 133.5 | 93.5 |
700 | 150.0 | 40.0 | 133.5 | 93.5 |
1000 | 150.0 | 40.0 | 133.5 | 93.5 |
表1：最大和壽命的結(jié)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(jié)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(jì)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)
Forward current [mA] | Estimated forward voltage [V] | Heat dissipation [W] |
350 | 3.2 | 0.896 |
700 | 3.4 | 1.876 |
1000 | 3.5 | 2.8 |
表2：LED散熱假設(shè)20%的光效。
電機(jī)與驅(qū)動(dòng)器
的電機(jī)和驅(qū)動(dòng)器被用在所述外殼以旋轉(zhuǎn)照明系統(tǒng)。來自這些設(shè)備的總功耗被假定為10 W.
LED電源單元(PSU)
LED功率供應(yīng)單元也將散熱和由公式3，其中N是LED的數(shù)量和ηPSU是PSU的效率，這是假定為85%給出。
方程3
(3)
計(jì)算過程
此分析的第一計(jì)算步驟是確定的外壁的溫度。這可以通過應(yīng)用繞所述外殼的控制量來完成。施加穩(wěn)態(tài)能量平衡，等式4，以控制體積產(chǎn)量公式5，這被迭代求解外殼壁溫，TEN。請注意，在計(jì)算中，溫度以開爾文和不攝氏度。這是因?yàn)檩椛浞匠淌褂脺囟纫蚤_爾文，計(jì)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)
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