Yazar
Uras, Umut Zeynep
Basım Tarihi
2018-11-20
Tür
Belge
Dil
İngilizce
Dijital
Evet
Yazma
Hayır
Kütüphane
Özyeğin Üniversitesi
Kayıt Numarası
c324e5a0-427e-4656-bab3-113066e7c0ac
Lokasyon
Makine Mühendisliği Bölümü
Tarih
2018-11-20
Örnek Metin
Bu çalışma, otomotiv dış aydınlatmasına yönelik bir LED ışık motorunun termal yönetimini gelişmiş bir ısı dağıtıcıyla geliştirmeyi amaçlamaktadır. LED'lerin birçok avantajı olmasına rağmen uygulamaları doğru bir termal yönetim gerektirir. Sürücü elektroniklerini ve LED'leri tipik bir otomotiv dış aydınlatmasında barındırmak için genellikle geleneksel olarak FR4 tabanlı baskılı devre kartı kullanılır. FR4 bazlı PCB'nin düşük ısı iletkenliği ve LED'lerin ve elektroniklerin neden olduğu yüksek ısı akışı nedeniyle kart üzerinde yerel sıcak noktalar gözlemleniyor. Otomotiv arka aydınlatma ünitelerindeki LED'ler konum, stop ve sinyal lambaları için farklı giriş gücüyle çalıştırılır. Üstelik bazı durumlarda otomobillerde bu üç ışık aynı anda yanıyor. Bu nedenle, LED'ler ve elektronik cihazlar üzerinden ısı akısı dağıtımı çok fazla hale gelir ve FR4 kartının termal performansı bu akıyı dağıtmada yetersiz kalır. Bu nedenle, bu çalışmada, gelişmiş bir ısı dağıtıcı kart teknolojisi araştırılmış ve geleneksel FR4 tabanlı ve Al metal çekirdekli baskı devre kartlarıyla karşılaştırılmıştır. Yerel sıcak noktaların incelenmesi amacıyla termal görüntüleme tekniği kullanılarak deneysel bir çalışma yapılmıştır. Ayrıca gelişmiş ısı dağıtıcı tabanlı LED ışık motorunun optik performans araştırması yapılmıştır. Daha sonra deneysel sonuçları doğrulamak için sayısal bir analiz de yapılır. Deneysel verilere göre gelişmiş ısı dağıtıcı, Al metal çekirdekli karta ve %25,8 FR4 tabanlı karta göre %7,4 daha iyi termal performans göstermiştir. Ayrıca FR4 levha tabanı yerine gelişmiş ısı dağıtıcı levha tabanı kullanıldığında aydınlatma verimliliği %25,9 oranında artırılabiliyor. Ayrıca PCB'lerin ısıl yayılma kabiliyetinin arttırılması, ısının kaynaktan verimli bir şekilde dağıtılması için alternatif çözümlerden biridir. PCB'lerin termal özelliklerini iyileştirmek için çeşitli malzeme türleri araştırılmaktadır. Bu çalışmada termal problemlerin üstesinden gelmek için alternatif PCB çözümü olarak çok katmanlı seramik esnek PCB analiz edilmiştir. PCB'nin termal performansını analiz etmek için deneysel ve hesaplamalı olarak FR4 flex PCB ile karşılaştırılır. FR4 flex PCB kullanıldığında termal performans %36,5 düşerken, LED ışık motorunun ışıma akısı ve ışık akısı sırasıyla %13,3 ve %14,6 oranında azalmaktadır. Ayrıca LED'lerin fotometrik, elektriksel ve termal özellikleri arasında güçlü bir bağımlılık vardır. Bu nedenle bir aydınlatma sistemi tasarlanırken istenilen performansın elde edilebilmesi için sistemin termal ve elektriksel parametrelerinin dikkate alınması gerekir. Bu nedenle çalışmanın bir diğer amacı da FR4 LED ışık motorunun FR4 flex PCB ile fotometrik, elektriksel ve termal parametreleri arasındaki bağımlılığı analiz etmektir. Öte yandan son yıllarda hayatımızın her alanında etkili olacak Nesnelerin İnterneti paradigması ön plana çıkmakta ve dünya çapında 500 milyarın üzerinde armatüre sahip aydınlatma sistemlerinin yaygınlaşması büyük bir fırsat olarak görülmektedir. Ayrıca otomobiller mevcut elektronik sistemi ve mobilite özelliği nedeniyle IoT uygulamaları için bir platform oluşturabilir. Bu nedenle bu çalışmada, yeni nesil IoT eklenen uygulamalar için olası bir aday otomotiv arka LED aydınlatma sistemi termal performans açısından değerlendirilmektedir. Öncelikle FR4 tabanlı LED motorun ısıl performansı değerlendirilmiş ve CFD programında modellenmiştir. Daha sonra hesaplamalı model aşağıdaki gibi farklı durumlar için çözülür; IoT güç ihtiyaçlarından kaynaklanan olumsuz etkileri belirlemek için elektroniklere %25, %50 ve %70 güç ilavesi. Metal ve gelişmiş ısı yayıcı altlık teknolojileri termal sorunların üstesinden gelmek için çözüm olarak sunulmaktadır. Elektroniklerin güç tüketimi %70 oranında artarken, elektroniklerde yaşanan maksimum sıcaklıklar +%38,4 oranında artıyor. Kırmızı LED'lerde +%11,2'lik sıcaklık artışı yaşanırken, sarı LED'lerin maksimum sıcaklıkları +%12,5 arttı. Geleneksel FR4 alt tabaka geleceğin elektronik sistemleri için yeterli olmadığından, buhar odası yapısından oluşan gelişmiş ısı dağıtıcı kart teknolojisi, yeni nesil akıllı uygulamalar için olası bir alt tabaka teknolojisi olabilir. LED'lerin geleneksel aydınlatma sistemlerine kıyasla birçok avantajı sunmasına rağmen, LED uygulamaları da gelişmiş bir termal yönetim gerektirir. Otomotiv dış aydınlatma sistemlerinde elektronik kart malzemesi olarak FR4 malzemesi kullanılmaktadır. FR4 malzemesinin sahip olduğu düşük termal iletkenlik sağlayan nitelikli elektronik kartlar üzerinde çeşitli bölgelerde kritik ısı dağılımları oluşur ve LED ve elektronikler yüksek miktarda ısı akışı yaymaktadırlar. Otomotiv dış aydınlatma sistemleri, sinyal ve stop fonksiyonlarının konumu ile sorumludur. Her bir fonksiyon için LED'ler farklı güç değerlerinde sürülürler. Bazı durumlarda bu üç fonksiyon aynı anda çalışır. Bu durum bileşenlerinin ısı akışını daha da kritik hale getirir. Böylece bu şekilde geliştirilmiş, geliştirilmiş bir ısı dağıtıcı elektronik kart tabanı, FR4 ve Alüminyum elektronik kartlar ile karşılaştırılarak analiz edilmiştir. Lokal ısı dağılımının tespit yöntemi ile kızılötesi termografi yöntemi kullanılmıştır. Ayrıca LED kartların optik performans analizleri de gerçekleştirilmiştir. Bunun yanı sıra, parça parçaları ayırma işlemi ile programlamalı sistemler dinamiği (HAD) çalışması gerçekleştirildi. Deneysel verilere göre geliştirilmiş ısı dağıtıcı kart ile Alüminyum karta göre %7.4, FR4 karta göre %25.8 gelişme elde edilmiştir. Ayrıca geliştirilmiş ısı dağıtıcı kart sayesinde efikasite değeri FR4 karta göre %25,9 artırılmıştır. Baskılı devre kartının ısıl dağıtımının termal dağıtım iyileşmesinin bir başka yolu da budur. Bunun için elektronik kart malzemesi olarak birçok farklı malzeme çeşidi denenmiştir. Bu kalıcı, termal sorunları giderme yöntemi ile çok katmanlı seramik esnek parçalanabilen elektronik kart, FR4 esnek parçalanabilen elektronik kart alternatif olarak çevresel ve dijital olarak analiz edilmiştir. Seramik kart yerine FR4 kartın termal performansı %36.5 düşerken, Işın akısının ve ışık akısının sırasıyla %13.3 ve %14.6 azaldığı belirlendi. Ayrıca LED'lerin fotometrik, elektriksel ve termal özellikleri arasında güçlü bir bağ vardır. Bu nedenle, bir aydınlatma sistemi tasarlanırken tüm bu unsurlara dikkat edilmelidir. Bu sayede, bu çalışmanın bir amacı da fotometrik, elektriksel ve termal etki arasındaki farkı saptamaktır ve FR4 kart bu yönde analiz edilmiştir. Öte yandan, son yıllarda en az 500 milyar cihazın kullanacağı Nesnelerin İnterneti birçok uygulama için büyük bir potansiyel oluşturuyor. Ayrıca otomobillerin ürünlerine sahip oldukları elektronik sistemlerden dolayı Nesnelerin İnternet uygulamaları için potansiyel bir platform olarak görülmektedir. Bu nedenle, bu çalışmada, otomotiv aydınlatmasında kullanılan Nesnelerin İnternet uygulamaları için bir elektronik LED kart potansiyeli bir aday olarak analiz edilmiştir. Bu sayede programlamalı akışkanlar mekaniği modeli, elektronik bileşenlere %25, %50 ve %70 daha fazla güç verilip, nesnelerin İnterneti uygulamalarının yüklü güç hücrelerindeki artışlarını simüle etmek amacıyla analiz edilmiştir. Elektroniklerin güç tüketimi %70 arttığında, maksimum elektronik bileşen sıcaklığının %38.4, maksimum sarı LED sıcaklığının %12.5 ve maksimum kırmızı LED sıcaklığının %11.2 arttığı gözlemlenmiştir. Bu nedenle, gelecekte ortaya çıkan elektronik sistemler için FR4 malzemesinin kart malzemesi olarak kullanılmasının mümkün olmaması mümkün değildir. Geliştirilmiş ısı dağıtıcı kart katmanının yeni nesil akıllı sistemlerde çoğalan potansiyel bir kart tipi olduğu analiz edilmiştir.
