led热学研究学习教案

1、会计学1led热学研究热学研究第一页，编辑于星期六：十八点 八分。第二页，编辑于星期六：十八点 八分。LED热学设计的目的在于预热学设计的目的在于预言言LED芯片的结温，所谓结芯片的结温，所谓结温是指温是指LED芯片芯片PN结的温度结的温度。热阻定义为热流通道上的温度差与通道上耗散功率之热阻定义为热流通道上的温度差与通道上耗散功率之比比第三页，编辑于星期六：十八点 八分。第四页，编辑于星期六：十八点 八分。第五页，编辑于星期六：十八点 八分。HPinitialPfinalHJJCPTTPTHPHPinitialPfinalHJJCPTTPTHPPinitialT芯片耗散功率热平衡初始管壳温度热

2、平衡最终管壳温度PfinalT LED结到管壳之间形成的结到管壳之间形成的 热阻。热阻。 要求一个无穷大热沉和管壳要求一个无穷大热沉和管壳 顶面相接触。顶面相接触。 可以用内部嵌有热电偶的大可以用内部嵌有热电偶的大 块无氧铜替代。块无氧铜替代。 记录热沉的温度变化，达到记录热沉的温度变化，达到 稳态时测试稳态时测试。HPinitialPfinalHJJCPTTPT第六页，编辑于星期六：十八点 八分。JAHAinitialAfinalHJJAPTTPTAinitialTHAinitialAfinalHJJAPTTPTJAAinitialTAfinalT分别表示容器内一个限定位置的热平衡初始和最终

3、温度。 LED结到周围环结到周围环 境形成的热阻。境形成的热阻。 测试时，器件放入测试时，器件放入 1立方英尺容器。立方英尺容器。 仅对自然对流冷却仅对自然对流冷却 环境估算结温有用环境估算结温有用。第七页，编辑于星期六：十八点 八分。自然对流自然对流(静止空气静止空气)热参数测量腔热参数测量腔第八页，编辑于星期六：十八点 八分。微地压紧确保外部气流不进入腔微地压紧确保外部气流不进入腔内内。 为测定腔内环境温度为测定腔内环境温度, ,把把一个热电偶安装在后腔壁上的塑一个热电偶安装在后腔壁上的塑料管内料管内。它。它通常装备一个通常装备一个T T型热型热电偶和超小型联接器电偶和超小型联接器。第九页

4、，编辑于星期六：十八点 八分。JMA 固定在标准的热试验板上的芯片固定在标准的热试验板上的芯片/管管 壳组合在流动空气环境形成的热阻壳组合在流动空气环境形成的热阻。 管壳顶上加热沉。管壳顶上加热沉。 可应用于测量计算在空气速度已知可应用于测量计算在空气速度已知 的强迫对流环境的结温。的强迫对流环境的结温。第十页，编辑于星期六：十八点 八分。 测量流动空气测量流动空气(强迫对流强迫对流)环境环境 芯片芯片/管壳组合管壳组合(JMAJMA)和管和管 壳壳/热沉组合的热阻热沉组合的热阻。 空气从底部抽进从顶部排出空气从底部抽进从顶部排出。 测速仪数字显示测速仪数字显示0.5m/s 5m/s空气速度空

5、气速度。 试验区截面试验区截面:20.3x20.3cm2 。 T型热电偶固定在试验区中心型热电偶固定在试验区中心 边墙上边墙上。第十一页，编辑于星期六：十八点 八分。LED PN结内产生的热量从芯片开始沿着下述热学通道传输：结内产生的热量从芯片开始沿着下述热学通道传输：PN结结反射腔反射腔印刷板印刷板空气（环境）空气（环境） 第十二页，编辑于星期六：十八点 八分。JSBASBJSJA为芯片和芯片粘结剂到反射腔之间形成的热阻。为芯片和芯片粘结剂到反射腔之间形成的热阻。为反射腔，环氧树脂到印刷板间的热阻。为反射腔，环氧树脂到印刷板间的热阻。为印刷板和接触环境空气的热沉之间组合的热阻为印刷板和接触环

6、境空气的热沉之间组合的热阻结温计算结温计算:JAdAJPTTJSSBBA第十三页，编辑于星期六：十八点 八分。BJBJBJRNLEDRLEDRArrayTotal _)(1_) 1 (1_1NREmitterLEDRArrayTotalBJBJ_BJBJBJRNLEDRLEDRArrayTotal _)(1_) 1 (1_1多元多元LED产品的热阻可产品的热阻可以采用并联热阻的模型以采用并联热阻的模型来确定来确定.NREmitterLEDRArrayTotalBJBJ_BJBJBJRNLEDRLEDRArrayTotal _)(1_) 1 (1_1BSSJBJRRR第十四页，编辑于星期六：十八

7、点 八分。 在低正向电流时，在低正向电流时，PN结温升和结温升和正向电压增量成线性相关。正向电压增量成线性相关。相关系数相关系数K即温度即温度-电压敏感系电压敏感系数数,单位单位: 开关置开关置1,加电流加电流IM,测得正向电压测得正向电压VFi。 开关置开关置2,快速加上加热电流快速加上加热电流IH,测量测量 正向电压正向电压VH 开关置开关置1,快速加电流快速加电流IM,测量正向测量正向 电压电压VFf。 VF= VFi- VFf Ti =K VF TJ=TJi+ Ti 这里这里TJi是测量开始前是测量开始前LED结温结温 的初始温度。的初始温度。 mvC/mvC/mvC/mvC/mvC

8、/第十五页，编辑于星期六：十八点 八分。 选择至关重要。除取典型值0.1,1.0,5.0,10.0毫安外，可取伏安特性的击穿点。MI第十六页，编辑于星期六：十八点 八分。第十七页，编辑于星期六：十八点 八分。HHFJXVIVKKbaKKbaKHHFJXVIVKKbaK被测器件撤除加热电流的瞬被测器件撤除加热电流的瞬间，结温立即下降，但是电间，结温立即下降，但是电压测量和读数需要一定时间压测量和读数需要一定时间,因此所获得的测量数据因此所获得的测量数据有误差。通常要作出被有误差。通常要作出被测器件的冷却曲线从而测器件的冷却曲线从而对测量数据进行修正。对测量数据进行修正。第十八页，编辑于星期六：十

9、八点 八分。 先使温度控制环境的初始温先使温度控制环境的初始温 度稳定在接近室温的低温度稳定在接近室温的低温 (Tlow)状态，测量正向电压状态，测量正向电压 Vlow。 使温度增加到高温使温度增加到高温(Thigh), 稳定后测量稳定后测量Vhigh的数值。的数值。highlowlowhighVVTTK第十九页，编辑于星期六：十八点 八分。第二十页，编辑于星期六：十八点 八分。第二十一页，编辑于星期六：十八点 八分。第二十二页，编辑于星期六：十八点 八分。 按照所施加的耗散功率和选择合适的加热时按照所施加的耗散功率和选择合适的加热时 间，就可以按下述公式计算被测器件的热阻间，就可以按下述公式

10、计算被测器件的热阻。HHFHJVIVKPTJX 测量测量LED热阻时，分为稳态热阻和瞬态热阻，稳态热热阻时，分为稳态热阻和瞬态热阻，稳态热 阻确定了整个器件的热性能。测量瞬态热阻时采用加阻确定了整个器件的热性能。测量瞬态热阻时采用加 热脉冲宽度大于芯片而小于基板的热时间常数。加热热脉冲宽度大于芯片而小于基板的热时间常数。加热 脉冲宽度通常在脉冲宽度通常在1几百几百ms。由于不同封装。由于不同封装LED的热的热 时间常数不同，因此选择合适加热脉冲宽度十分重要。时间常数不同，因此选择合适加热脉冲宽度十分重要。第二十三页，编辑于星期六：十八点 八分。第二十四页，编辑于星期六：十八点 八分。JCJCJ

11、MA热流热流:结结 芯片芯片 封装底面封装底面 壳壳 环境环境 产生的热产生的热=散去的热散去的热 平衡平衡加热曲线加热曲线:器件在不同环境器件在不同环境条件条件,施加确定施加确定的加热功率的加热功率PH时时,热阻和加热时间热阻和加热时间的关系曲线的关系曲线.JCJMAJA第二十五页，编辑于星期六：十八点 八分。第二十六页，编辑于星期六：十八点 八分。 参数最大结温(C) 参数最大结温(C)LED结温 120铝芯PCB LED 105无光学LED -40-105有光学LED -40-75第二十七页，编辑于星期六：十八点 八分。第二十八页，编辑于星期六：十八点 八分。第二十九页，编辑于星期六：十

12、八点 八分。The term exposed surface area is the sum total of all surfaces of the heat sink exposed to convection. The footprint area“ quantifies the projected area of the heat sink as shown in following diagram.A finned heat sink can fit more exposed surface area in a given foot print than a flat heat si

13、nk.第三十页，编辑于星期六：十八点 八分。Flat Heat Sink 0.09 (2.3 mm) Thick第三十一页，编辑于星期六：十八点 八分。Cn =83.7 CnTjmax Tj 125C第三十二页，编辑于星期六：十八点 八分。5x Magnification of an Infrared Image of a biased AH101 at a case temperature near 85 C热像分析热像分析第三十三页，编辑于星期六：十八点 八分。 LED寿命寿命: LED (发光)强度(功率)衰退到一半初始(发光)强度(功 率)的时间.oP=P0 exp(-t) . (1)o=0IFexp (-Ea/kTj). (2)oTj=th IFVF+Ta . (3)o利用公式(1)可以通过试验得到寿命试验数据,从而得到相同 条件的器件的期望寿命.例如,用DC50mA试验得到300小时 数据,进而可推算3