Direct driven AC LED module temperature measurement, simulation and their correlation
Viitapohja, Valtteri (2019)
Viitapohja, Valtteri
2019
All rights reserved. This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi:amk-202001091149
https://urn.fi/URN:NBN:fi:amk-202001091149
Tiivistelmä
Opinnäytetyössä tutkittiin LED-moduulin lämpötilahallintaa simulaation ja laboratoriotestien avulla. Työssä käytetty simulaattori on HyperLynx Thermal ohjelma, joka on osana Mentorin PADS-piirilevysuunnittelu ohjelmaa. Ennen LED-moduulin lämpötilamittauksia tutkittiin lämmön siirtymisen teoriaa, ja piirilevyn lämmönsiirto-ominaisuuksia. Lämmön siirron tutkiminen, johon kuuluu johtuminen, konvektio ja säteily auttoi ymmärtämään lämmön siirtymistä komponenteista ympäröivään ilmaan ja valaisimen runkoon. Komponenttien elinikä ja lämmönhallinnan vaikutus elinikään otettiin myös huomioon.
Päämääränä oli tutkia lämpösimulointiohjelmistoa ja sen hyödyllisyyttä LED-moduulin kehitysprosessissa. Ohjelmalle pyydettiin myös tekemään käyttöohjeet, joten testien ohella tehdyt säädöt ja asetukset kirjattiin ylös.
LED-moduulin lämpötilat mitattiin ensin lämpötilakaapissa, minkä jälkeen mitattuja tuloksia verrattiin simuloituihin tuloksiin. Testejä tehtiin eri kokoonpanoilla ja ympäristöissä, jotta simulaattorin ominaisuuksia saatiin testattua ja simulaattorin ympäristöasetukset saatiin vastaamaan lämpötilakaapin ympäristöä.
Simulaatio-ohjelman tulokset vastasivat muutamien asteiden tarkkuudella mitattuja tuloksia. Simulaattorin alkuperäisiä ympäristöasetuksia täytyi kuitenkin säätää, jotta tulokset saatiin täsmäämään. Simulaattori antoi moduulin lämpokäyttäytymisestä kokonaiskuvan, jonka hyödyntäminen on mahdollista tuotekehityksessä. Kuitenkin monet tärkeät ominaisuudet, joista kaipasi lisää tietoa, eivät toimineet, olleet tarpeeksi tarkkoja tai eivät olleet saatavilla.
Ohjelmalle suoritetuista testeistä ja vertailusta lämpökaapin mittaustuloksiin tehtiin ohjeet. Käyttöohjeiden ohella selvitettiin, mihin ohjelma kykenee ja käydään läpi osa-alueita, joissa esiintyi ongelmia. This thesis studies thermal management of the LED module through simulation and testing in a laboratory. The simulator used is HyperLynx Thermal included in Mentor PADS PCB design. Before the thermal simulation and measurement, heat transfer methods and circuit board thermal behaviour are studied. Studying heat transfer methods including convection, conduction and radiation helped to understand how the heat is transferred away from the components. LED module components lifetime and heat management are also considered.
The goal was to study the thermal simulation software and to determine if it is useful and could be used in a development of a LED module. There was also a need for a user guide to the software, therefore stages of the simulation and the setup of the software are explained.
The temperature of the LED module was first measured in a temperature chamber and then the results were compared to the simulated ones. There are different test cases with variable environment for testing the simulation software and to determine the temperature chamber characteristics.
Results from the simulation software matched the temperature measurements with few degrees Celsius difference. Simulator gives a good general view of the module, which can be useful in the product design. Nevertheless, many specific or important thermal properties of the simulated module, aren’t precise enough, don’t work or aren’t available.
From the comparison of the measurements to the simulation results, an instruction of use was made with information what the software is capable of and what are its limitations.
Päämääränä oli tutkia lämpösimulointiohjelmistoa ja sen hyödyllisyyttä LED-moduulin kehitysprosessissa. Ohjelmalle pyydettiin myös tekemään käyttöohjeet, joten testien ohella tehdyt säädöt ja asetukset kirjattiin ylös.
LED-moduulin lämpötilat mitattiin ensin lämpötilakaapissa, minkä jälkeen mitattuja tuloksia verrattiin simuloituihin tuloksiin. Testejä tehtiin eri kokoonpanoilla ja ympäristöissä, jotta simulaattorin ominaisuuksia saatiin testattua ja simulaattorin ympäristöasetukset saatiin vastaamaan lämpötilakaapin ympäristöä.
Simulaatio-ohjelman tulokset vastasivat muutamien asteiden tarkkuudella mitattuja tuloksia. Simulaattorin alkuperäisiä ympäristöasetuksia täytyi kuitenkin säätää, jotta tulokset saatiin täsmäämään. Simulaattori antoi moduulin lämpokäyttäytymisestä kokonaiskuvan, jonka hyödyntäminen on mahdollista tuotekehityksessä. Kuitenkin monet tärkeät ominaisuudet, joista kaipasi lisää tietoa, eivät toimineet, olleet tarpeeksi tarkkoja tai eivät olleet saatavilla.
Ohjelmalle suoritetuista testeistä ja vertailusta lämpökaapin mittaustuloksiin tehtiin ohjeet. Käyttöohjeiden ohella selvitettiin, mihin ohjelma kykenee ja käydään läpi osa-alueita, joissa esiintyi ongelmia.
The goal was to study the thermal simulation software and to determine if it is useful and could be used in a development of a LED module. There was also a need for a user guide to the software, therefore stages of the simulation and the setup of the software are explained.
The temperature of the LED module was first measured in a temperature chamber and then the results were compared to the simulated ones. There are different test cases with variable environment for testing the simulation software and to determine the temperature chamber characteristics.
Results from the simulation software matched the temperature measurements with few degrees Celsius difference. Simulator gives a good general view of the module, which can be useful in the product design. Nevertheless, many specific or important thermal properties of the simulated module, aren’t precise enough, don’t work or aren’t available.
From the comparison of the measurements to the simulation results, an instruction of use was made with information what the software is capable of and what are its limitations.