[发明专利]基于分离式仿真分析的LED灯具结温预测方法

说明书

技术领域

本发明涉及LED灯具的结温预测技术,具体是一种基于分离式仿真分析的LED灯具结温预测方法。

背景技术

LED作为全球最受瞩目的新一代光源，因其节能、环保、长寿等突出优点，被称为是21世纪最有发展前景的绿色照明光源。2012年科技部发布了《半导体照明科技发展“十二五”专项规划》提出了产业规模达到5000亿元的目标。然而，LED照明产品的可靠性寿命评估问题是其进入通用照明的障碍。据最新的CAS020标准，使用加速试验的方法进行LED灯具的可靠性评估至少也需要2000小时（[Koh, S., et al. Product level accelerated lifetime test for indoor LED luminaires. in Thermal, EuroSimE, 2013]）。长时间的试验可能引入较大的系统误差同时增加产品的研发成本和研发效率。对LED产品而言，LED结温对产品寿命有重要影响。已有研究（[A novel hybrid method for reliability prediction of high-power LED luminaires, EuroSimE, 2013 ]）基于LED结温和寿命的关系提出了一种LED灯具寿命的快速评估方法。该方法的应用前提是如何准确获得LED灯具的结温。目前，已有一些成熟的方法用于LED器件结温预测。但是对LED灯具，受到散热器、光学结构、环境等的影响，准确地预测LED灯具的结温变得相当复杂。此外,在LED产品的设计和应用中，准确地预测LED产品结温是LED产品进行有效结温控制的重要前提。因此，探索一种能准确预测LED灯具结温的方法具有非常重要的意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于分离式仿真分析的LED灯具结温预测方法。该方法利用分离式建模、数值仿真分析、数学差值方法，实现对LED灯具结温进行准确高效地预测。

实现本发明目的的技术方案是：

一种基于分离式仿真分析的LED灯具结温预测方法，以分离式建模为基础，利用了现有的计算流体动力学分析，具体包括如下步骤 ：

1)  确定LED灯具的各种尺寸参数、材料参数和发热功率,以及工作环境；

2)  通过试验测定正常工作电流下LED灯具所用LED封装器件的电压温度特性关系曲线（）（式中：V(T)、V0分别表示温度为T、T0时的电压，单位V（伏特），K为常数，单位V/^OC，T0、T为温度，单位V/^OC）；根据得到的曲线确定热分析模型中的热功率（））（式中：P为热功率，单位W（瓦特），η为光电转换效率，无量纲量，I为电流，单位A(安培)，V(T)表示温度为T时的电压，单位V（伏特）；

3)  建立LED灯具的数值仿真分析模型灯具内LED封装器件简化为与器件外形尺寸近似的均匀发热块 ，确定计算域（空气域范围）进行基于流体动力学分析方法进行热仿真分析，得到LED封装器件底部的平均温度为T_S；

4)  建立LED封装器件的详细的数值分析模型；

（4-1）是在步骤4模型的LED封装器件底面施加大小分别为H₁、H₂(K/Wm²)（H1<H2）的对流散热系数，并根据步骤2）的功率函数施加热载荷，进行LED封装器件的仿真分析, 得到LED封装器件底部的平均温度分别为T1和T2；

（4-2）比较T_S与T1、T2大小。若T1>T_S>T2,执行步骤7）；若T2>T_S，则H1=H2,H2=3H2-H1,执行步骤5）；若T_S>T1，则H1=3H1-2H2（若3H1-2H<0,则H1=1K/Wm²）, 则H2=H1，执行步骤7）；若T_S=T1或T2，则H_E=H1或H2,执行步骤10）；

（4-3）在步骤4）的模型下施加大小为H3=H1+（H2-H1)/3的对流系数，进行热分析后，得到LED封装器件底部的平均温度分别为T3；

（4-4）比较T_S与T1、T2、T3大小，若T1>T_S>T3，则H2=H3，T3>T_S>T2，若，H1=H3,重复步骤5）的加载和分析过程；