[發明專利]基于分離式仿真分析的LED燈具結溫預測方法

有效

• 申請號: 201410365043.X
• 申請日: 2014-07-29
• 公開（公告）號: CN104133997B
• 公開（公告）日: 2017-03-15
• 發明（設計）人: 楊道國;田坤淼;蔡苗;陳文彬;陳云超
• 申請（專利權）人: 桂林電子科技大學
• 主分類號: G06F19/00
• 分類號: G06F19/00;G06F17/50
• 代理公司: 桂林市華杰專利商標事務所有限責任公司45112
• 代理人: 羅玉榮

技術領域

本發明涉及LED燈具的結溫預測技術,具體是一種基于分離式仿真分析的LED燈具結溫預測方法。

背景技術

LED作為全球最受矚目的新一代光源，因其節能、環保、長壽等突出優點，被稱為是21世紀最有發展前景的綠色照明光源。2012年科技部發布了《半導體照明科技發展“十二五”專項規劃》提出了產業規模達到5000億元的目標。然而，LED照明產品的可靠性壽命評估問題是其進入通用照明的障礙。據最新的CAS020標準，使用加速試驗的方法進行LED燈具的可靠性評估至少也需要2000小時（[Koh,?S.,?et?al.?Product?level?accelerated?lifetime?test?for?indoor?LED?luminaires.?in?Thermal,?EuroSimE,?2013]）。長時間的試驗可能引入較大的系統誤差同時增加產品的研發成本和研發效率。對LED產品而言，LED結溫對產品壽命有重要影響。已有研究（[A?novel?hybrid?method?for?reliability?prediction?of?high-power?LED?luminaires,?EuroSimE,?2013?]）基于LED結溫和壽命的關系提出了一種LED燈具壽命的快速評估方法。該方法的應用前提是如何準確獲得LED燈具的結溫。目前，已有一些成熟的方法用于LED器件結溫預測。但是對LED燈具，受到散熱器、光學結構、環境等的影響，準確地預測LED燈具的結溫變得相當復雜。此外,在LED產品的設計和應用中，準確地預測LED產品結溫是LED產品進行有效結溫控制的重要前提。因此，探索一種能準確預測LED燈具結溫的方法具有非常重要的意義。

發明內容

本發明的目的是提供一種基于分離式仿真分析的LED燈具結溫預測方法。該方法利用分離式建模、數值仿真分析、數學差值方法，實現對LED燈具結溫進行準確高效地預測。

實現本發明目的的技術方案是：

一種基于分離式仿真分析的LED燈具結溫預測方法，以分離式建模為基礎，利用了現有的計算流體動力學分析，具體包括如下步驟?：

1)??確定LED燈具的各種尺寸參數、材料參數和發熱功率,以及工作環境；

2)??通過試驗測定正常工作電流下LED燈具所用LED封裝器件的電壓溫度特性關系曲線（）（式中：V(T)、V0分別表示溫度為T、T0時的電壓，單位V（伏特），K為常數，單位V/^OC，T0、T為溫度，單位V/^OC）；根據得到的曲線確定熱分析模型中的熱功率（））（式中：P為熱功率，單位W（瓦特），η為光電轉換效率，無量綱量，I為電流，單位A(安培)，V(T)表示溫度為T時的電壓，單位V（伏特）；

3)??建立LED燈具的數值仿真分析模型燈具內LED封裝器件簡化為與器件外形尺寸近似的均勻發熱塊?，確定計算域（空氣域范圍）進行基于流體動力學分析方法進行熱仿真分析，得到LED封裝器件底部的平均溫度為T_S；

4)??建立LED封裝器件的詳細的數值分析模型；

（4-1）是在步驟4模型的LED封裝器件底面施加大小分別為H₁、H₂(K/Wm²)（H1<H2）的對流散熱系數，并根據步驟2）的功率函數施加熱載荷，進行LED封裝器件的仿真分析,?得到LED封裝器件底部的平均溫度分別為T1和T2；

（4-2）比較T_S與T1、T2大小。若T1>T_S>T2,執行步驟7）；若T2>T_S，則H1=H2,H2=3H2-H1,執行步驟5）；若T_S>T1，則H1=3H1-2H2（若3H1-2H<0,則H1=1K/Wm²）,?則H2=H1，執行步驟7）；若T_S=T1或T2，則H_E=H1或H2,執行步驟10）；

（4-3）在步驟4）的模型下施加大小為H3=H1+（H2-H1)/3的對流系數，進行熱分析后，得到LED封裝器件底部的平均溫度分別為T3；

（4-4）比較T_S與T1、T2、T3大小，若T1>T_S>T3，則H2=H3，T3>T_S>T2，若，H1=H3,重復步驟5）的加載和分析過程；