[发明专利]一种基于有限元仿真分析的LED灯具寿命快速预测方法

说明书

技术领域

本发明涉及LED灯,尤其涉及一种基于有限元仿真分析的LED灯具寿命快速预测方法。

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、长寿命等突出优点，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。根据美国能源部门2011年的固态照明发展路线（[U.S. Department of Energy. Solid-State Lighting Research and Development. Manufacturing Roadmap. July 2011]），一个合格的认证方案将要在2014年初才能出台。当前能源之星推荐使用6000小时的可靠性测试评估方法，这无疑是一种非常消耗时间的方法，不利于行业的快速发展。部分研究学者（[X. P. Li, L. Chen. An approach of LED lamp system lifetime prediction. ICQR, 2011],[M. Cai, D. G. Yang. Accelerated Testing Method of LED Luminaries. EuroSimE,2012],[van Driel WD, Fan XJ. Solid State Lighting Reliability: Components to System. Springer, New York. 2012]）对LED灯具的可靠性预测方法进行了初步探讨，但目前为止，依然缺少一种足够快速的LED灯具可靠性寿命评估方法。在LED灯具被设计或制造之前，LED灯珠或模组的测试数据（如LM80现有的测试数据库）已是现有的，而且结温和寿命的关系已经是确立的。从LED照明灯具的角度，如果能得到其结温（最大或平均值），便可以推算出LED灯具的寿命范围，从而避免对LED灯具产品进行可靠性加速退化试验。由此，探索一种能快速预测LED灯具结温进而得到其寿命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有限元仿真分析的LED灯具寿命快速预测方法。该方法是结合有限元仿真分析及灯具表面温度测量，预测LED灯具结温，从而由结温与寿命的关系得到LED灯具寿命范围。

实现本发明目的的技术方案是：

一种基于有限元仿真分析的LED灯具寿命快速预测方法是：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；

2)    确定使用的LED灯珠结温与寿命的函数关系                                                ；

3)    在LED灯具散热器上，选定具有代表性温度参考点（测量点）；

4)    建立LED灯具的有限元仿真分析模型，进行温度场仿真分析；

5)    根据仿真结果，选定最具有代表性的LED灯珠，并得到该LED灯珠的结点和灯具参考点的温差随时间变化的曲线，记录该温差的稳定值；

6)    在灯具工作条件下, 点亮LED灯具2小时以上，保证灯具的温度分布充分稳定后，测量LED灯具参考点的稳定温度；

7)    由公式，推算出LED灯具结温范围；

8)    根据LED灯珠结温与寿命的关系 ，推算LED灯具寿命的范围，从而完成LED灯具寿命的快速预测。

所述有限元仿真分析方法是现有技术。

本发明的优点：

本发明的优点在于：从LED灯具系统的角度，结合有限元仿真技术及温度测量，预测LED灯具寿命范围，方法简单；通过加速试验数据外推寿命的方法，其避免了长时间的退化试验，大大缩短了评估周期；本发明不但可以在可靠性寿命评估方面应用，也可以在LED照明灯具设计及改善方面具有很好的实用价值。

附图说明：

图1 本发明的方法流程图；

图2 本发明实施例中样品外形结构示意图；

图3 本发明实施例中LED灯珠的结温与其寿命的关系示意图；

图4 本发明实施例中LED灯具有限元仿真分析的四分之一模型示意图；

图5 本发明实施例中不同时刻的LED灯具温度分布结果示意图；

图6 本发明实施例中LED灯珠结点和灯具参考点的温差变化仿真结果示意图；