航空障碍灯LED灯测试结果与分析讨论

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• 发布时间：2014-02-13
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 测试结果与分析讨论2.1热模拟计算结果采用Ansys模拟分析了被测筒灯的热分布，所用的计算条件为:按80%的热转化率施加热功率.即施加于36颗5630SMI)芯片上的总功率为11.0W,模拟计算得到的筒灯温度分布如图3所示。明显可见，采用碗形结构的散热形式，热流只能从散热碗的中心向四周铮出，因此，基板中部的芯片溢度最高，而边缘芯片的温度较低。在筒灯的At板上选取三点，如图4所示.边缘点1位于从板与螺丝连接处，引脚点2为一个内圈灯珠的芯片管脚处，引脚点3为，!，问圈某灯珠的管脚处。分别在热像仪图像上找到相对应的三点.得到其温度;再在ANSYS模拟分析图上找到该点，得到1l温度;通过KI'1.热电偶实际测址其管脚温度。将K型热电偶、F!。:ke红外热像仪和ANSYS热模拟分析结果所得各点的温度值列于表1,从表1中可以看到，实验所选用的三点，通过三种不同方法所得的温度相差小于2℃。实验测的温度的误差均小于5％，ANSYS热模拟计算所得温度与实际温度误差也小于5％。采用ANSYS热模拟计算所得的温度较同一实验测量点的温度低，这是因为空气对流换热在理想情况下要比实际情况下均匀，故理想对流换热系数要高于实际对流换热系数，因此其温度值偏小。热像仪测温法获得的温度值偏大，这是由于铝基板层表面与引脚焊料的反射率不同所致。取反射率的均值为0．95，也会影响到实际测量点的温度值，且引脚上焊料的反射率也可能会小于0．95。2．3管脚温度法实验表明，LED芯片的管脚温度0与LED正向结电压呈现出线性关系，如图5所示。又因为LED的结温0，与正向电压也呈现线性关系，因此，通过测量管脚温度和芯片耗散的热功率以及热阻系数就可以确定结温。这就是管脚温度法测量结温的基本原理。管脚温度0和LED芯片结温0系可由下式算出：Oj—=(，r×一ight)×R0，一式中：0为LED芯片结温；0为管脚温度；助正向电流；为正向电压；％为发光功率；R为热阻。且0一0与满足线性关系，因此结温的大小主要与热m和输入LED芯片的总功率=(×)相关。另外，发光功率m的变化对结温的影响是次要的，因为，在功率项中尸』可以认为是小量，而它的变化是二阶小量，可以忽略。因此采用管脚温度娃蝶法测量结温的换算公式如下：，=+(，一×PD)(1)式中：0沩管脚温度；0，为芯片结温；P。为LED芯片耗散的热功率；R为从芯片到管脚的热阻，可以由厂家给出，或者由实验确定。2．4用管脚温度法测量结温本实验所用的筒灯芯片为5630芯片，其尺寸为5．6mm×3．0mm×0．7mm，封装结构模型如图6所示，实验条件不变。采用与筒灯发光模组中相同型号的5630芯片进行实验，获得正向电压与结温的对应关系，并对每个测量点均进行计算，然后取平均值，算得月为27．2℃，，与厂家所给的27℃相差小于1％。故取为27％／W，管脚温度法的测量误差也来源于封装热阻的测量。已知5630芯片总功率为0．4W，根据经验可假设芯片的热损失为80％，则可知芯片热耗散功率P为0．32W。实验中仍通过红外热像和K型热电偶测量5630灯珠引脚温度。待5630芯片正常工作1hA，测出某部位芯片的引脚温度为57_3℃，则按公式(1)可算出．57·3+27×0·3265·64。C2．5分析与讨论为了验证这种方法的准确性，用三维制图软件UG建立5630灯珠模型。室温温度为25℃，正常室内情况下对流换热情况下，采用ANSYS对其进行模拟热分析，结果如图7所示。从图7中可以看到，此时引脚温度为57．024℃，芯片结温最大为65．611cjC。将热模拟分析结果65．611℃与公式所得结果65．640℃相对比，误差小于2％，此时为27．1℃，w。改变室温为35℃时，通过热电偶及热像仪可测得灯珠引脚温度约为67℃，依公式1可算出芯片的结温为0=67+27×0．32=75．34。C。此时芯片结温最大为75．6ll℃，与公式(1)计算所得结果75．340℃相比，误差也小于2％，此时为26．9％／W。将两次分析结果进行对比，可发现不同的环境温度下，月的误差均小于2％，因此管脚温度法与热模拟所得结果的误差小于2％，证明环境温度对月的影响不大。改变吸顶灯的散热能力，即灯珠组装版的结构不变，换用其他外部散热结构，即相当于增大其换热能力，则其热模拟结果如图9所示。0]=82．583℃，0s=73．952oC，则0厂0=8．63℃，此时月为27．3℃／W与理论值的误差也在2％以内，证明在改变外部换热条件的情况下，依然不会改变，同时管脚温度法依然适用。

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