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航空障礙燈LED燈測試結(jié)果與分析討論

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• 發(fā)布時間：2014-02-13
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 測試結(jié)果與分析討論2.1熱模擬計算結(jié)果采用Ansys模擬分析了被測筒燈的熱分布，所用的計算條件為:按80%的熱轉(zhuǎn)化率施加熱功率.即施加于36顆5630SMI)芯片上的總功率為11.0W,模擬計算得到的筒燈溫度分布如圖3所示。明顯可見，采用碗形結(jié)構(gòu)的散熱形式，熱流只能從散熱碗的中心向四周錚出，因此，基板中部的芯片溢度最高，而邊緣芯片的溫度較低。在筒燈的At板上選取三點，如圖4所示.邊緣點1位于從板與螺絲連接處，引腳點2為一個內(nèi)圈燈珠的芯片管腳處，引腳點3為，!，問圈某燈珠的管腳處。分別在熱像儀圖像上找到相對應的三點.得到其溫度;再在ANSYS模擬分析圖上找到該點，得到1l溫度;通過KI'1.熱電偶實際測址其管腳溫度。將K型熱電偶、F!。:ke紅外熱像儀和ANSYS熱模擬分析結(jié)果所得各點的溫度值列于表1,從表1中可以看到，實驗所選用的三點，通過三種不同方法所得的溫度相差小于2℃。實驗測的溫度的誤差均小于5％，ANSYS熱模擬計算所得溫度與實際溫度誤差也小于5％。采用ANSYS熱模擬計算所得的溫度較同一實驗測量點的溫度低，這是因為空氣對流換熱在理想情況下要比實際情況下均勻，故理想對流換熱系數(shù)要高于實際對流換熱系數(shù)，因此其溫度值偏小。熱像儀測溫法獲得的溫度值偏大，這是由于鋁基板層表面與引腳焊料的反射率不同所致。取反射率的均值為0．95，也會影響到實際測量點的溫度值，且引腳上焊料的反射率也可能會小于0．95。2．3管腳溫度法實驗表明，LED芯片的管腳溫度0與LED正向結(jié)電壓呈現(xiàn)出線性關系，如圖5所示。又因為LED的結(jié)溫0，與正向電壓也呈現(xiàn)線性關系，因此，通過測量管腳溫度和芯片耗散的熱功率以及熱阻系數(shù)就可以確定結(jié)溫。這就是管腳溫度法測量結(jié)溫的基本原理。管腳溫度0和LED芯片結(jié)溫0系可由下式算出：Oj—=(，r×一ight)×R0，一式中：0為LED芯片結(jié)溫；0為管腳溫度；助正向電流；為正向電壓；％為發(fā)光功率；R為熱阻。且0一0與滿足線性關系，因此結(jié)溫的大小主要與熱m和輸入LED芯片的總功率=(×)相關。另外，發(fā)光功率m的變化對結(jié)溫的影響是次要的，因為，在功率項中尸』可以認為是小量，而它的變化是二階小量，可以忽略。因此采用管腳溫度娃蝶法測量結(jié)溫的換算公式如下：，=+(，一×PD)(1)式中：0溈管腳溫度；0，為芯片結(jié)溫；P。為LED芯片耗散的熱功率；R為從芯片到管腳的熱阻，可以由廠家給出，或者由實驗確定。2．4用管腳溫度法測量結(jié)溫本實驗所用的筒燈芯片為5630芯片，其尺寸為5．6mm×3．0mm×0．7mm，封裝結(jié)構(gòu)模型如圖6所示，實驗條件不變。采用與筒燈發(fā)光模組中相同型號的5630芯片進行實驗，獲得正向電壓與結(jié)溫的對應關系，并對每個測量點均進行計算，然后取平均值，算得月為27．2℃，，與廠家所給的27℃相差小于1％。故取為27％／W，管腳溫度法的測量誤差也來源于封裝熱阻的測量。已知5630芯片總功率為0．4W，根據(jù)經(jīng)驗可假設芯片的熱損失為80％，則可知芯片熱耗散功率P為0．32W。實驗中仍通過紅外熱像和K型熱電偶測量5630燈珠引腳溫度。待5630芯片正常工作1hA，測出某部位芯片的引腳溫度為57_3℃，則按公式(1)可算出．57·3+27×0·3265·64。C2．5分析與討論為了驗證這種方法的準確性，用三維制圖軟件UG建立5630燈珠模型。室溫溫度為25℃，正常室內(nèi)情況下對流換熱情況下，采用ANSYS對其進行模擬熱分析，結(jié)果如圖7所示。從圖7中可以看到，此時引腳溫度為57．024℃，芯片結(jié)溫最大為65．611cjC。將熱模擬分析結(jié)果65．611℃與公式所得結(jié)果65．640℃相對比，誤差小于2％，此時為27．1℃，w。改變室溫為35℃時，通過熱電偶及熱像儀可測得燈珠引腳溫度約為67℃，依公式1可算出芯片的結(jié)溫為0=67+27×0．32=75．34。C。此時芯片結(jié)溫最大為75．6ll℃，與公式(1)計算所得結(jié)果75．340℃相比，誤差也小于2％，此時為26．9％／W。將兩次分析結(jié)果進行對比，可發(fā)現(xiàn)不同的環(huán)境溫度下，月的誤差均小于2％，因此管腳溫度法與熱模擬所得結(jié)果的誤差小于2％，證明環(huán)境溫度對月的影響不大。改變吸頂燈的散熱能力，即燈珠組裝版的結(jié)構(gòu)不變，換用其他外部散熱結(jié)構(gòu)，即相當于增大其換熱能力，則其熱模擬結(jié)果如圖9所示。0]=82．583℃，0s=73．952oC，則0廠0=8．63℃，此時月為27．3℃／W與理論值的誤差也在2％以內(nèi)，證明在改變外部換熱條件的情況下，依然不會改變，同時管腳溫度法依然適用。

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