Doctoral Thesis

Operational Parameters of LED and their Modelling

Final Thesis 6 MB Summary of Thesis 2.37 MB

Author of thesis: Ing. Tomáš Pavelka, Ph.D.

Acad. year: 2016/2017

Supervisor: doc. Ing. Petr Baxant, Ph.D.

Reviewers: doc. Ing. Dionýz Gašparovský, Ph.D., Doc. Ing. Tomáš Novák, Ph.D.

Abstract:

Doctoral thesis deals with parameters of LED light sources and their static and dynamic changes due to variable operational conditions. Firstly there is briefly described the history of light emitting diodes, that brought LED from unintentional observation of luminescence to light source, which is generally used through the whole area of lighting techniques. Thesis focuses on light parameters analysis, which are specific for semiconductor light sources and their mutual relations. These relations in compliance with understanding the principles of light emission in semiconductor light sources enable establishing of basic connections and effects usable for LED behaviour model. Mutual relations of LED parameters and influencing factors are verified by measurement of chosen testing samples. For deeper understanding of diode parameter influencing mechanisms there are analysed current degradation models including degradation of partial components. On the basis of these facts there is created a model of LED luminaire operating with LED parameters together with cooling system that represent the integral part of the luminaire. Impact of supply drivers is also studied, because they are necessary for LED operation. Designed model supports the area of static changes of light parameters, as well as the dynamic changes of output parameters. Presented model is verified by testing measurements at basic operational states and partially outside of the common operational limits. There are also presented the possibilities of real use of the model that involve the evaluation of designed luminaire for specific light sources, searching for optimal operational limits, optimization of luminaire heatsink or using public lighting systems for regulation of electricity grid load fluctuations.

Keywords:

LED, simulation, model, degradation, static changes, dynamic changes, heatsink optimization, thermal resistivity, thermal capacity, luminous flux fluctuation

Date of defence

21.06.2017

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaPznamka

Language of thesis

Czech

Faculty

Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií

Department

Department of Electrical Power Engineering

Study programme

Electrical Engineering and Communication (EKT-PK)

Field of study

Power Electrical and Electronic Engineering (PK-SEE)

Composition of Committee

doc. Dr. Ing. Miroslav Patočka (předseda)
prof. RNDr. Vladimír Aubrecht, CSc. (člen)
prof. Ing. Petr Toman, Ph.D. (člen)
prof. Ing. Jiří Drápela, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Ondřej Vítek, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Jaroslava Orságová, Ph.D. (člen)
Ing. Petr Modlitba, CSc. (člen)
doc. Ing. Tomáš Novák, Ph.D. - oponent (člen)
doc. Ing. Dionýr Gašparovský, Ph.D. - oponent (člen)

Supervisor’s report
doc. Ing. Petr Baxant, Ph.D.

Student Ing. Tomáš Pavelka vypracoval disertační práci na téma Provozní vlastnosti LED a jejich modelování, což je téma, které ve světelné technice současnosti hraje velmi důležitou roli. V poslední době je kladen nepřehlédnutelný důraz právě na technologii LED a to až na úkor ostatních technologií. Nicméně tento trend je důkazem evoluce technologií a předložená disertační práce plně reflektuje tuto skutečnost. Doktorand v předložené práci rozebírá zejména aspekty chování LED jako spotřebiče elektrické energie a nabízí řešení, jak modelovat tento poměrně značně parametrický systém. Nejedná se totiž pouze o polovodič s jednoduchým náhradním schématem, ale o systém vyvíjející se v čase a za působení různých abnormálních stavů, jako třeba nadproudu, teplotního přetížení apod. Ukazuje vliv těchto parametrů na nejdůležitější světelné vlastnosti, jako je např. světelný tok, teplota chromatičnosti, index podání barev, resp. obecně změna spektrálních vlastností vyzařovaného světla.
Z hlediska obsahové považuji práci za odpovídající stupni doktorského studia a student prokázal schopnost samostatného vědeckého přístupu k dané problematice. Nezpochybnitelné jsou zejména ověření modelů proti provedeným měřením.
Během studia prokázal student vysokou míru flexibility, což je patrné i doloženého seznamu vlastních publikací autora. Podílel se na řadě doplňkových činností na ústavu a v rámci řešených projektů. Jako velmi přínosnou považuji jeho jazykovou vybavenost v angličtině při korekturách anebo překladech publikací z/do anglického jazyka.
Student pracoval víceméně samostatně a konzultoval svou činnost v nezbytně nutné míře. Spolupracoval často s dalšími kolegy na ústavu a svou prací tak přispíval k řešení i jiných témat, která s jeho prací úzce souvisejí. Někdy však byly vedlejší činnosti spíše na úkor vlastního tématu, což vedlo k celkovému prodloužení studia. Na druhou stranu je doktorand příkladem týmového pracovníka, který najde uplatnění ve výzkumných a vývojových centrech na různorodých úkolech. Velmi dobrá je i jeho pedagogická schopnost, kdy se podílel na řadě výukových kurzů a to i v anglickém jazyce.
Závěrem tedy konstatuji, že Ing. Tomáš Pavelka splňuje všechny předpoklady pro závěrečnou obhajobu doktorské práce a doporučuji práci obhajovat.
Display more

Reviewer’s report
doc. Ing. Dionýz Gašparovský, Ph.D.

viz posudek ve formátu pdf
File inserted by the reviewer Size
Posudek oponenta [.pdf] 175,15 kB

Reviewer’s report
Doc. Ing. Tomáš Novák, Ph.D.

viz posudek ve formátu pdf
File inserted by the reviewer Size
Posudek oponenta [.pdf] 871,50 kB