LED灯珠散热的计算方法

发布时间:2020-08-18 12:30

  (1)LED的发光原理是电子与空穴经过复合直接发出光子,过程中不需要热量。LED可以称为冷光源。

  (2)LED的发光需要电流驱动。输入LED的电能中,只有约15%有效复合转化为光,大部分(约85%)因无效复合而转化为热。

  LED电致发光过程产生的热量和工作环境温度(Ta)的不同,引起LED芯片结温Tj的变化。LED是温度敏感器件,当温度变化时,LED的性能和封装结构都会受到影响,从而影响LED的可靠性。

  k=ΔVf/ΔTj :正向压降随结温变化的系数,通常取-2.0mV/℃.

  *LED内部会形成自加热循环,如果不及时引导和消散LED的热量,LED的发光效率将不断降低。

  *封装物质的膨胀或收缩产生的形变应力,使欧姆接触/固晶界面的位移增大,造成LED开路和突然失效。

  *输入电能中大部分(约85%)转化为热量,一般计算中忽略转化为光的部分能量(约15%),假设所有的电能都转变成了热;

  以Emitter(1mm×1mm芯片)为例,只考虑主导热通道的影响,从理论上计算PN结到热沉的热阻Rthjs。

  ④目前实际制造的LED成品热阻Rthjs比以上理论计算高出1倍左右,说明制造工艺水平还有很大的提升空间。

  半导体材料的电导率具有热敏性,改变温度可以显著改变半导体中的载流子的数量。禁带宽度通常随温度的升高而降低,且在室温以上随温度的变化具有良好的线性关系。可以认为半导体器件的正向压降与结温是线性变化关系。

  ②用低电流(可以忽略其产生的热量对LED的影响)If’=1mA,快速点测LED的Vf1;

  ③将LED置于温度为Ta’(Ta’>

  Ta)的恒温箱中足够时间至热平衡,Tj2=Ta’;

  ①将LED置于温度为Ta的恒温箱中,给LED输入电功率Pd,使其产生自加热;

  ②维持If恒定足够时间,至LED工作热平衡,此时Vf达至稳定,记录If、Vf;

  Δλ=kΔTj,可以用类似的手段通过波长漂移法测量热阻,但难度较电压法稍大。

  为确保LED工作的可靠性,在应用中LED的结温应尽可能低于最大额定结温Tjmax。

  (2)为保证LED在使用中结温不超出Tjmax,在不同的环境温度(Ta)下,计算并确保输入电流不超出Ifmax:

  (常见大功率LED的最大额定结温:120℃;Luxeon K2:185℃)

  ③为使LED可靠地工作,最好将LED正常工作时的最大结温Tjmax设定低于LED结温的最大额定值Tjmax;

  ⑦依Rthsa或Rthba作为目标值,查对LED供应商提供的对应Rthsa或Rthba的散热装置要求,以决定符合应用需求的二次散热机构的设计。

  导热环节界面平整光滑,接触紧密可靠,必要时可加散热膏或粘合连接安装,以确保将LED的热量高效地引导到二次散热机构。

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