히트 스프레더를 적용한 300W급 고출력 LED 투광등의 설계와 열적/광학적 특성에 관한 연구
- Alternative Title
- Design of 300W High-power LED Floodlight applying Heat spreader and Study on Thermal & Optical properties
- Abstract
- In this paper, for weight reduction and improved heat dissipation of 300W high power LED floodlight, design and heat dissipation of the 150W LED lighting engine using the heat spreader were investigated. The heat spreader applied to the 300W high power LED floodlight was fabricated to have optimum working fluid(acetone) filling ratio by thermal transfer performance test. As result, it was found that heat spreader with 15% of filling rate was most effective in thermal transfer property with of thermal transfer coefficient. LED optical light engine A with heat spreader was lighter 5.3kg of weight than LED optical light engine B with fin type heat sink. As a result of heat dissipation analysis, the maximum and average temperatures of the LED package using LED lighting engine A were lowered 2.16℃ and 3.45℃, than those using LED lighting engine B, respectively. Also the surface temperatures of the PCB in LED lighting engine A were lower than those of LED lighting engine B. The temperature difference between LED package and PCB of LED lighting engine A and B were 2.76℃∼2.88℃, respectively. The thermal resistances of LED lighting engine A and B were measured 0.418K/W, 0.411K/W and junction temperatures were measured to be 80.47℃, 85.58℃, respectively. It was confirmed that 300W high power LED floodlight applying the heat spreader was improved in thermal dissipation with CFD analysis, thermal image surface temperature distribution and thermal resistance measurement result. Also weight reduced 60% than fin type heat sink.
- Issued Date
- 2017
- Awarded Date
- 2017. 2
- Type
- Dissertation
- Publisher
- 부경대학교 과학기술융합전문대학원
- Affiliation
- 부경대학교 과학기술융합전문대학원
- Department
- 과학기술융합전문대학원 LED융합공학전공
- Advisor
- 최희락
- Table Of Contents
- 제1장 서 론 1
1.1 연구 배경 1
1.2 선행연구 6
1.2.1 히트 파이프의 열전달 특성 연구 6
1.2.2 히트 파이프 적용에 관한 연구 8
1.3 연구 목적 및 내용 10
1.3.1 연구 목적 10
1.3.2 연구 내용 11
제2장 이론적 배경 12
2.1 LED(Light Emitting Diode)의 개요 12
2.2 투광 조명 15
2.3 LED 조명의 열 관리 16
2.3.1 LED 조명의 발열 특성 16
2.3.2 열전달 메커니즘 19
(1) 전도 20
(2) 대류 21
(3) 복사 23
2.3.3 열저항과 접합온도 25
(1) 접합온도 측정 25
(2) 열저항 측정 28
2.4 LED 조명의 방열 기술 30
2.5 히트 스프레더 33
2.5.1 히트 스프레더의 구조 33
2.5.2 히트 스프레더의 작동원리 34
2.5.3 작동유체 35
2.5.4 윅(Wick) 구조 37
제3장 고출력 LED 투광등 설계 및 제작 38
3.1 고출력 LED 투광등 구성 38
3.1.1 LED Module 39
3.1.2 히트 스프레더 & 핀 39
3.1.3 Sealing 39
3.2 고출력 LED 패키지 선정 41
3.3 목표 접합온도 및 열저항 산출 42
3.4 LED Module 44
3.4.1 PCB & LED 패키지 44
3.4.2 광학용 렌즈 44
3.5 히트 스프레더 제작 46
3.6 히트 스프레더의 열전달 실험 47
3.6.1 실험 장치의 구성 47
3.6.2 충진율에 따른 온도분포 측정 49
3.6.3 열전달 성능 비교 50
3.7 핀 최적화를 위한 이론적 설계 51
3.8 150W급 고출력 LED 광학엔진 설계 54
3.8.1 전산유체 해석 57
3.9 150W급 고출력 LED 광학엔진 방열특성 평가 58
3.9.1 표면온도분포 측정 58
3.9.2 온도기록계 측정 59
3.9.3 열저항 측정 61
3.10 300W급 고출력 LED 투광등 광학 특성 평가 62
3.10.1 광 출력특성 측정 63
3.10.2 배광특성 측정 63
제4장 실험결과 및 분석 64
4.1 히트 스프레더의 열전달 성능 64
4.1.1 COB LED 출력 특성 64
4.1.2 예비실험 결과 64
4.1.3 작동유체의 충진율 별 온도분포 67
4.1.4 작동유체의 충진율에 따른 열저항 75
4.1.5 작동유체의 충진율에 따른 열전달계수 77
4.2 시제품 제작 및 경량화 분석 79
4.3 150W급 고출력 LED 광학엔진의 방열특성 분석 82
4.3.1 시뮬레이션 82
4.3.2 LED 광학엔진의 온도기록계 측정 결과 84
4.3.3 표면온도분포 측정결과 85
4.3.4 열저항 및 접합온도 측정 결과 및 분석 87
4.4 300W급 고출력 LED 투광등 광학특성 분석 91
4.4.1 적분구 측정결과 91
4.4.2 배광 측정결과 92
제5장 결 론 93
참 고 문 헌 95
- Degree
- Master
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- 과학기술융합전문대학원 > LED융합공학전공
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