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Analyse elektronischer, optischer, thermischer und schaltungstechnischer Aspekte der LED-Chip-on-Board-Technologie

Groh, Andreas :
Analyse elektronischer, optischer, thermischer und schaltungstechnischer Aspekte der LED-Chip-on-Board-Technologie.
Technische Universität Darmstadt
[Diplom- oder Magisterarbeit], (2008)

Kurzbeschreibung (Abstract)

Zusammenfassung:

Ziel dieser Diplomarbeit ist es, nötige Voruntersuchungen für die Entwicklung eines adaptiven Kfz-Frontscheinwerfers mit variabler Lichtverteilung auf Basis der LED-Chip-on-Board-Technologie (Light Emitting Diode) durchzuführen. Ein besonderes Augenmerk soll hierbei auf die Eignung eines, mittels Chip-on-Board-Technologie hergestellten LED-Moduls, als Beleuchtungseinheit für einen Kfz-Frontscheinwerfer gelegt werden.

Im Rahmen der Diplomarbeit werden Untersuchungen betreffend der optischen, thermischen und schaltungstechnischen Eigenschaften eines möglichen LED-Moduls anhand aktueller, weißer Hochleistungs-LEDs durchgeführt. Hierbei werden notwendige farb- und fotometrische Eigenschaften der Hochleistungs-LEDs in Abhängigkeit der Substrattemperatur vermessen. Um dies zu ermöglichen sind verschiedene Testaufbauten während der Diplomarbeit entstanden. Mit den Ergebnissen aus den unterschiedlichen Messungen, werden Rückschlüsse auf die Leistungsfähigkeit der aktuellen LED-Technologie gezogen. Ebenfalls wird deren Einsetzbarkeit in extremen Bereichen, z.B. hohe Umgebungstemperaturen >80°C wie sie in einem Kfz-Frontscheinwerfer herrschen, beurteilt.

Basierend auf den Messergebnissen dieses Vergleichs aktueller Hochleistungs-LEDs werden grundlegende Anforderungen, welche an ein LED-Modul als Lichtquelle zu stellen sind, ermittelt. Diese sind so gewählt, dass sie realistischen Einsatzbedingungen im Rahmen eines Kfz-Scheinwerfers entsprechen. Zu den Anforderungen zählen die Abschätzung des benötigten Lichtstroms, um verschiedene, gewünschte Lichtverteilungen erzeugen zu können. Die Anzahl der hierzu benötigten LEDs, wird anhand der Messergebnisse ermittelt. Weiterhin zählt auch die für eine Scheinwerferoptik notwendige Leuchtdichte, welche das LED-Modul erzeugen muss, zu diesen Kriterien.

Aus den aufgestellten optischen Kriterien folgen direkt bestimmte thermische Anforderungen, welche ein LED-Modul bzw. der gesamte Scheinwerfer erfüllen muss. Um einen gewissen Lichtstrom zu erzeugen, wird zwangsläufig eine bestimmte Menge an Wärmeenergie erzeugt, welche an die Umgebung abgegeben wird. Die in den LEDs erzeugte Verlustleistung wird mittels der Ergebnisse aus den Messungen mit den aktuellen Hochleistungs-LEDs abgeschätzt. Anhand dieser Daten werden erste Kühl-Konzepte entwickelt und mit einer thermischen Simulation überprüft. Die für den Betrieb der LED-Beleuchtungseinheit und für eine thermische Simulation nötigen Rahmenbedingungen und möglichen Vereinfachungen werden ebenfalls ermittelt und kontrolliert.

Ein weiterer im Rahmen der Diplomarbeit bearbeiteter Punkt ist die Überprüfung und Auswahl verschiedener Möglichkeiten eine mögliche LED-Beleuchtungseinheit, aus dem Bordnetz eines Kraftfahrzeuges, mit Energie zu versorgen. Hierfür werden verschiedene Topologien betrachtet und auf ihre Eignung überprüft. Für eine grundlegende Auswahl möglicher Topologien werden Kriterien, welche eine Treiberelektronik erfüllen muss, aufgestellt. Basierend auf diesen Überlegungen werden Empfehlungen für eine den Anforderungen entsprechende Form der Treiberelektronik ausgesprochen.

Typ des Eintrags: Diplom- oder Magisterarbeit
Erschienen: 2008
Autor(en): Groh, Andreas
Titel: Analyse elektronischer, optischer, thermischer und schaltungstechnischer Aspekte der LED-Chip-on-Board-Technologie
Sprache: Deutsch
Kurzbeschreibung (Abstract):

Zusammenfassung:

Ziel dieser Diplomarbeit ist es, nötige Voruntersuchungen für die Entwicklung eines adaptiven Kfz-Frontscheinwerfers mit variabler Lichtverteilung auf Basis der LED-Chip-on-Board-Technologie (Light Emitting Diode) durchzuführen. Ein besonderes Augenmerk soll hierbei auf die Eignung eines, mittels Chip-on-Board-Technologie hergestellten LED-Moduls, als Beleuchtungseinheit für einen Kfz-Frontscheinwerfer gelegt werden.

Im Rahmen der Diplomarbeit werden Untersuchungen betreffend der optischen, thermischen und schaltungstechnischen Eigenschaften eines möglichen LED-Moduls anhand aktueller, weißer Hochleistungs-LEDs durchgeführt. Hierbei werden notwendige farb- und fotometrische Eigenschaften der Hochleistungs-LEDs in Abhängigkeit der Substrattemperatur vermessen. Um dies zu ermöglichen sind verschiedene Testaufbauten während der Diplomarbeit entstanden. Mit den Ergebnissen aus den unterschiedlichen Messungen, werden Rückschlüsse auf die Leistungsfähigkeit der aktuellen LED-Technologie gezogen. Ebenfalls wird deren Einsetzbarkeit in extremen Bereichen, z.B. hohe Umgebungstemperaturen >80°C wie sie in einem Kfz-Frontscheinwerfer herrschen, beurteilt.

Basierend auf den Messergebnissen dieses Vergleichs aktueller Hochleistungs-LEDs werden grundlegende Anforderungen, welche an ein LED-Modul als Lichtquelle zu stellen sind, ermittelt. Diese sind so gewählt, dass sie realistischen Einsatzbedingungen im Rahmen eines Kfz-Scheinwerfers entsprechen. Zu den Anforderungen zählen die Abschätzung des benötigten Lichtstroms, um verschiedene, gewünschte Lichtverteilungen erzeugen zu können. Die Anzahl der hierzu benötigten LEDs, wird anhand der Messergebnisse ermittelt. Weiterhin zählt auch die für eine Scheinwerferoptik notwendige Leuchtdichte, welche das LED-Modul erzeugen muss, zu diesen Kriterien.

Aus den aufgestellten optischen Kriterien folgen direkt bestimmte thermische Anforderungen, welche ein LED-Modul bzw. der gesamte Scheinwerfer erfüllen muss. Um einen gewissen Lichtstrom zu erzeugen, wird zwangsläufig eine bestimmte Menge an Wärmeenergie erzeugt, welche an die Umgebung abgegeben wird. Die in den LEDs erzeugte Verlustleistung wird mittels der Ergebnisse aus den Messungen mit den aktuellen Hochleistungs-LEDs abgeschätzt. Anhand dieser Daten werden erste Kühl-Konzepte entwickelt und mit einer thermischen Simulation überprüft. Die für den Betrieb der LED-Beleuchtungseinheit und für eine thermische Simulation nötigen Rahmenbedingungen und möglichen Vereinfachungen werden ebenfalls ermittelt und kontrolliert.

Ein weiterer im Rahmen der Diplomarbeit bearbeiteter Punkt ist die Überprüfung und Auswahl verschiedener Möglichkeiten eine mögliche LED-Beleuchtungseinheit, aus dem Bordnetz eines Kraftfahrzeuges, mit Energie zu versorgen. Hierfür werden verschiedene Topologien betrachtet und auf ihre Eignung überprüft. Für eine grundlegende Auswahl möglicher Topologien werden Kriterien, welche eine Treiberelektronik erfüllen muss, aufgestellt. Basierend auf diesen Überlegungen werden Empfehlungen für eine den Anforderungen entsprechende Form der Treiberelektronik ausgesprochen.

Freie Schlagworte: Elektromechanische Konstruktionen, Mikro- und Feinwerktechnik, adaptive Lichtverteilung, Chip-on-board Technologie, Hochleistungs-LED, Kfz-Scheinwerfer, Treiberelektronik LED, Vermessung LED
Fachbereich(e)/-gebiet(e): 18 Fachbereich Elektrotechnik und Informationstechnik
18 Fachbereich Elektrotechnik und Informationstechnik > Institut für Elektromechanische Konstruktionen
18 Fachbereich Elektrotechnik und Informationstechnik > Institut für Elektromechanische Konstruktionen > Lichttechnik
Hinterlegungsdatum: 05 Sep 2011 13:58
Zusätzliche Informationen:

EMK-spezifische Daten:

Lagerort Dokument: Archiv EMK, Kontakt über Sekretariate,

Bibliotheks-Sigel: 17/24 EMKD 1683

Art der Arbeit: Diplomarbeit

Beginn Datum: 01-10-2007

Ende Datum: 31-03-2008

Querverweis: 17/24 EMKS 1639

Studiengang: Elektrotechnik und Informationstechnik (ETiT)

Vertiefungsrichtung: Mikro- und Feinwerktechnik (MFT)

Abschluss: Diplom (MFT)

ID-Nummer: 17/24 EMKD 1683
Gutachter / Prüfer: Nils, Dipl.-Ing. Haferkemper ; Khanh, Prof. Dr.- Tran Quoc
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