Performance Analysis of Heat Sink for LED Downlight Using Lumped Parameter Model

집중변수모델을 이용한 LED조명등 방열기구의 성능분석

The performance analysis of the 70 W class LED lighting system suitable for the Middle East environment was performed using the lumped parameter model. The LED light is composed of a heating substrate, a heat pipe, and a heat sink. We divided the LED lights into four objects and applied energy equilibrium to each of them to establish four lumped nonlinear differential equations. The solution of the simultaneous equations was obtained by the Runge-Kutta method. Convective heat transfer coefficients of the lumped model were obtained by multidimensional CFD analysis. As a result of comparison with experiment, it was found that the heating substrate had an error of $1.5^{\circ}C$ and the upper heat sink had an error of $1.8^{\circ}C$ and the relative error was about 0.6 %. Using this model, temperature distribution analysis was performed for normal operating conditions with an ambient temperature of $55^{\circ}C$, with sunlight only, with abnormal operating conditions with sunlight, and without an upper heat sink.

중동지역 환경에 적합한 70 W급 LED 조명등의 성능분석을 집중변수모델을 이용하여 수행하였다. LED 조명등은 발열기판, 히프파이프, 방열판으로 구성된다. LED 조명등을 4개의 물체로 구분하고, 각각에 대해 에너지평형을 적용하여, 4개의 연립 비선형미분방정식 형태의 집중변수모델을 수립하였다. 연립 방정식의 해는 Runge-Kutta법을 이용하여 구하였다. 집중변수모델의 대류열전달계수는 다차원해석을 통하여 구하였으며, 실험결과와 비교한 결과, 발열기판은 $1.5^{\circ}C$, 상부방열판에서 $1.8^{\circ}C$의 오차를 가지며, 상대오차는 약 0.6 %임을 확인하였다. 이 모델을 이용하여 대기온도가 $55^{\circ}C$인 정상 운전조건, 태양광만 주어질 때의 조건, 태양광이 주어진 상태에서의 비정상 운전조건, 상부방열판이 없는 경우 등에 대한 온도분포분석을 수행하였다.