基于LED的照明系统中使用的分析模型的可行性研究

户外LED照明系统不仅要承受雨水和灰尘，而且太阳辐射。在一般情况下，LED照明系统，计算与没有太阳能负载。这是一个有效的假设，如果照明系统只在夜间进行操作。当受到各种环境条件本文讨论的室外应用基于LED的照明系统的分析模型。

照明系统

该系统由一个安装在外壳中的可旋转的基于LED的灯夹具。外壳由上一个圆顶被置于一个铝车厢。 LED灯灯具是主动冷却散热片与25冷白光LED。 LED的结温需要为不同的正向电流来确定。内的外壳，元件，如电机，驱动器和一个LED电源单元(PSU)散热。

照明系统的素描的图像

图1：照明系统的示意图。

分析模型

甲热阻图推导来分析照明系统与圆顶向上或向下垂直安装，如图2的照明系统。假定照明系统不与地面接触良好。

热阻图图像

图2：在其电气等效给定的照明系统的热电阻的图。

尺寸

所述LED安装在200毫米×200毫米的金属芯基板(MCB)。该散热器底座的尺寸具有相同的区域作为MCB。散热器100毫米高，并且由两个风扇消散3 W一起冷却。散热片/风扇组合有0.6 K / W的热阻。

外壳为圆形，直径为400毫米和400毫米。

据推测，在外壳和圆顶的壁厚对分析的影响可以忽略。因此，该壁的导通电阻被忽略。

还假设，只有在外壳将热量传递到外部。

圆顶包括一个高200毫米，直的部分具有相同的直径与外壳。

环境条件

太阳能负载(直接，间接和漫)假定为适用于所述外壳和圆顶的一半以外的区域。

对于寿命条件，太阳能负载是700W /平方米，在20℃的周围。

的最大条件，太阳能负载是1020瓦/平方米，在40℃的周围。

太阳能吸收率的圆顶，αsolar穹顶，被假定为0.4。

太阳能吸收外壳，αsolar-CS，被假定为0.4。

外壳的发射率被假定为0.85。

计算将在无风，并与2米/秒使用5和传热系数为15W /平方米·K，分别的风速来完成。

LED的共有25冷白光LED将在350被评估为1000毫安。评估采用LUXEON Rebel的可靠性和寿命数据为B10，L70条件有40000小时的寿命要求。寿命条件B10，L70意味着，对于特定的寿命，LED的10%，预计在规定的结温度和正向电流失败。失效准则是当LED的光输出已经降低到其原始光的70%。

氮化铟镓LUXEON Rebel LED的预期寿命图像

图3：预期(B10，L70)寿命的氮化铟镓的LUXEON Rebel LEDs.1

所需的结温在使用寿命和最大温度条件下计算的。寿命条件从图3取，而最大的条件是从Reference.2寿命和最高温度使用公式1计算出的，并示于表1。虽然表1表明的寿命条件比最大的条件更严格对于某些正向电流额定值，无论是寿命和最大条件本文中进行评估。

方程1(1)

表1：最大和寿命的结温required.1,2

LED可以被安装在FR4 PCB或金属芯基板。这些LED具有10 K / W的结至电路板的热阻。 LED的散热用方程2，其中，如果是在安培正向电流来计算，Vf为单位为伏特的电压和ηL是光效率。在研究中使用的值列在表2中。

方程2

(2)

表2：LED散热假设20%的光效。

电机与驱动器

的电机和驱动器被用在所述外壳以旋转照明系统。来自这些设备的总功耗被假定为10 W.

LED电源单元(PSU)

LED功率供应单元也将散热和由公式3，其中N是LED的数量和ηPSU是PSU的效率，这是假定为85%给出。

方程3

(3)

计算过程

此分析的第一计算步骤是确定的外壁的温度。这可以通过应用绕所述外壳的控制量来完成。施加稳态能量平衡，等式4，以控制体积产量公式5，这被迭代求解外壳壁温，TEN。请注意，在计算中，温度以开尔文和不摄氏度。这是因为辐射方程使用温度以开尔文，计算热通量。

周围的围墙控制音量图片

图4：各地围墙控制音量。

方程4

(4)

方程5

(5)

在哪里

方程6

(6)