Resumen

Este artículo describe los cálculos para un modelo matemático preciso de módulos LED de alta potencia utilizando una aproximación polinómica doble óptima. El modelo se basa en pruebas únicas de varios tipos de LED en una cámara térmica, proporcionando una lista completa de perfiles de temperatura paramétricos. Este modelo se implementó luego en los programas MATLAB® y Simulink® y Micro-Cap como un modelo de circuito electrónico compatible con Spice, utilizando el algoritmo recién creado. Para definir un grado óptimo de polinomios de aproximación, se utilizó la norma euclidiana de residuos. El nuevo algoritmo descrito en este artículo se verificó utilizando datos de la vida real probados en el sitio de trabajo del autor, donde se realiza la investigación correspondiente. Para maximizar la eficiencia de la prueba, se creó un sistema automatizado de recolección de datos.

1. Introducción

Los módulos LED de alta potencia han empezado a extenderse en muchos campos científicos e industrias. Se están llevando a cabo las correspondientes investigaciones en numerosas universidades, así como en diversos centros científicos, por ejemplo, en la industria automotriz y en las tecnologías de seguridad. Sin embargo, la vida real muestra que, aparte de sus propiedades positivas como la alta eficiencia energética, el bajo peso y el bajo consumo de energía, no se presta suficiente atención a su durabilidad y fiabilidad. En las condiciones de funcionamiento más comunes, todo el módulo LED está expuesto a un estrés térmico que puede provocar una reducción de la tasa de iluminación o un daño completo de toda la unidad LED.

Hasta ahora las pruebas térmicas de los módulos LED de alta potencia no han sido suficientemente tratadas. En las renombradas bases de datos como Web of ScienceTM, Scopus® o IEEE Xplore®, sólo hay unos pocos artículos y citas relevantes que abordan este tema. Además, la mayoría de ellos son compilaciones, tienen carácter descriptivo o se refieren a desafíos y evaluaciones tecnológicas [1-5]. Por otro lado, hay muchos artículos que se centran en la identificación de modelos y su optimización [6-9].  Sin embargo, ninguno de estos recursos, conocidos hasta ahora, se centra en la aproximación de las características térmicas de estos módulos LED de alta potencia. Este estudio se basa en nuestros dos estudios previos dedicados a la modelización de paneles fotovoltaicos y células de combustible [10] a [11]. Estos dos estudios, sin embargo, utilizaron diferentes métodos de creación de modelos: el método estocástico y un método que utiliza características logarítmicas óptimas.

El método de creación del modelo en este estudio se basa en pruebas exhaustivas de los módulos LED de alta potencia en la cámara térmica Vötsch VC³ 7034. La cámara forma parte del equipo automatizado del lugar de pruebas [12], en el que se probaron muchos módulos LED con diversas prestaciones, iluminaciones y rangos espectrales. La Fig. 1 muestra el perfil térmico medido del módulo LED Vigan GT-P10WR1499 (10 W, 300 lx, ángulo 90°, iluminación roja). La línea negra representa las dependencias de los parámetros E = f(T) e I = const., donde E es la iluminación, T es la temperatura e I es una corriente eléctrica que atraviesa el módulo. La iluminación tiene una unidad absoluta de lux (lx). Para la modelización, es más conveniente normalizar el eje vertical para el punto de funcionamiento nominal NOP [20 °C, 1 A].

• Materias:Simulación por computadores digitales Energía eléctrica Control de sistemas de energía eléctrica Algoritmos (Computadores)
• Subjects:Digital computer simulation Electric power Control of power systems Computer algorithms
• Palabras claves:Módulo LED de alta potencia, aproximación polinómica óptima, norma de residuos euclidiana, MATLAB® y Simulink®, modelo compatible con especias, simulador Micro-Cap.
• Keywords:High power LED module, optimal polynomial approximation, Euclidean norm of residues, MATLAB®&Simulink®, Spice compatible model, Micro-Cap simulator.