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《功率LED熱設(shè)計(jì)時(shí)地?zé)嶙韫芾矸椒?pdf》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在教育資源-天天文庫。
1、功率LED熱設(shè)計(jì)時(shí)，考慮其真實(shí)的熱阻Dr.AndrásPoppe,MarketingManager,MicReDDivision,MentorGraphicsCorp.眾所周知，LED的發(fā)光特性與其工作條件有很大關(guān)系。應(yīng)用在LED上的前向電流是主要的影響因素，電流越高，LED產(chǎn)生的光通量也越多。令人感到遺憾的是，LED是由一個(gè)恒定的電流源進(jìn)行驅(qū)動(dòng)的，當(dāng)LED的溫度上升時(shí)，它的光輸出也會(huì)急劇下降。圖1所示的是常見的LED基本參數(shù)對于輸出光譜的影響。此外，本圖也說明了LED的效率和發(fā)光顏色也會(huì)在峰值波長處發(fā)生偏移。圖1電流和溫度對紅色LED輸出光譜的影響LED熱特性的重要性由于LED
2、的光輸出會(huì)隨著溫度發(fā)生變化，所以良好的熱管理是功率LED照明應(yīng)用的一個(gè)重要問題。通過降低LED的溫度，我們可以使其保持較高的效率。在實(shí)際的應(yīng)用環(huán)境中，LED溫度越低，其輸出的流明也越多。這就意味著在LED在實(shí)際應(yīng)用中，其結(jié)點(diǎn)至環(huán)境的真實(shí)熱阻是LED照明設(shè)計(jì)的一個(gè)重要因素。令人感到遺憾的是，不同LED供應(yīng)商提供的產(chǎn)品熱阻和其它與溫度相關(guān)的特性參數(shù)五花八門。因此，不同的熱標(biāo)準(zhǔn)機(jī)構(gòu)也已經(jīng)開始進(jìn)行LED熱管理的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)制定工作?，F(xiàn)今，JEDECJC15協(xié)會(huì)正在起草一部關(guān)于LED熱阻測量的新標(biāo)準(zhǔn)。此外，國際照明協(xié)會(huì)（InternationalLightingCommittee）成立了兩個(gè)新
3、的技術(shù)協(xié)會(huì)（TC-2-63和TC-2-64），以處理LED熱方面的問題。在這些協(xié)會(huì)之間逐漸達(dá)成了一個(gè)共識(shí)，那就是供應(yīng)商在采用公式1計(jì)算LED熱阻時(shí)，必須考慮實(shí)際的光功率Popt（換而言之，輻射光通量）：公式中LED前向電流和前向電壓（IFxVF）的乘積是LED工作所需要的電功率，?Tj是LED的結(jié)溫變化量。1當(dāng)確定LED熱阻的時(shí)候忽略光功率會(huì)得到比LED實(shí)際應(yīng)用更低的熱阻。如果LED照明設(shè)計(jì)師使用這些數(shù)據(jù)去計(jì)算LED燈的光輸出量，其結(jié)果是他們的設(shè)計(jì)往往無法滿足實(shí)際的光輸出量的要求。實(shí)際情況中的熱阻會(huì)更高，相應(yīng)地LED結(jié)溫也會(huì)更高。由此，實(shí)際LED照明設(shè)備發(fā)出的光通量會(huì)比預(yù)期要低。
4、獲取LED實(shí)際的熱特性數(shù)據(jù)是成功設(shè)計(jì)LED的關(guān)鍵。圖2使用FloEFD對改進(jìn)的MR16進(jìn)行CFD分析熱特性：仿真和物理測試熱仿真可以幫助設(shè)計(jì)師了解他們LED產(chǎn)品的散熱狀況。因?yàn)長ED光源發(fā)出的熱量一般都通過自然對流的方式進(jìn)入到周圍環(huán)境中，CFD分析工具是用以確定不同設(shè)計(jì)方案散熱性能所必須的。圖2顯示了在JEDEC標(biāo)準(zhǔn)自然對流測試環(huán)境中的一個(gè)改進(jìn)MR16LED燈的熱仿真結(jié)果。圖3使用Tr3ster對改進(jìn)的MR16進(jìn)行測試為了建立精確的熱仿真模型，所以必須確定實(shí)際應(yīng)用中的LED熱阻值。實(shí)際應(yīng)用中的LED熱阻值通常可以由Tr3ster等測量儀器完成。Tr3ster是MentorGrap
5、hicsMicReD2團(tuán)隊(duì)開發(fā)的產(chǎn)品。圖3是圖2中LED熱測試所使用的測試設(shè)備。圖4是由Tr3ster熱瞬態(tài)測試儀測量得到的LED結(jié)溫和Zth的關(guān)系曲線。這個(gè)測試結(jié)果可以被用于獲得LED導(dǎo)熱路徑上的詳細(xì)結(jié)構(gòu)信息，這里所指的導(dǎo)熱路徑主要是指LED的PN結(jié)至環(huán)境之間的熱量傳遞路徑。這些詳細(xì)的結(jié)構(gòu)信息以熱阻和熱容的關(guān)系曲線形式描述。這類曲線也被稱之為結(jié)構(gòu)函數(shù)。結(jié)構(gòu)函數(shù)可以幫助設(shè)計(jì)師確定整個(gè)LED散熱設(shè)計(jì)的每一部分的熱阻，其中包括了LED結(jié)點(diǎn)，TIM，散熱器或者照明設(shè)備。圖4自然對流環(huán)境條件下使用兩種不同插槽改進(jìn)的MR16熱阻抗曲線圖5顯示了整個(gè)LED照片設(shè)備中結(jié)點(diǎn)至環(huán)境總熱阻的50%是
6、由于LED自身所引起的。結(jié)構(gòu)函數(shù)不僅僅能幫助結(jié)構(gòu)分析（例如，dieattach失效探測），而且可以幫助生成封裝元件動(dòng)態(tài)的簡化熱模型。這類簡化模型可以直接被CFD軟件所使用。（一些半導(dǎo)體供應(yīng)商也已經(jīng)開始提供它們產(chǎn)品熱性能的瞬態(tài)模型）圖5改進(jìn)的MR16中各部分在總熱阻的影響和結(jié)構(gòu)函數(shù)3圖6功率LED熱和光同時(shí)測量熱和光度聯(lián)合測量圖4和圖5提供了一些對于解釋非常有用的對比結(jié)果，而且對于實(shí)際的設(shè)計(jì)工作而言，熱特性數(shù)據(jù)是必須的。所以，當(dāng)計(jì)算實(shí)際的熱阻值時(shí)，必須清楚地了解LED的光功率。[3]為了獲得這方面的信息，一個(gè)熱測試設(shè)備（符合應(yīng)用熱測試標(biāo)準(zhǔn)）必須具備測試[4]LED光功率的功能。LE
7、D光功率測試必須遵從CIE協(xié)會(huì)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。圖6是這樣一個(gè)測試系統(tǒng)的描述。Tr3ster熱測試儀器對處于TERALED系統(tǒng)中的被測試LED提供一個(gè)電功率，TERALED是一個(gè)由累計(jì)球和探測器組成的自動(dòng)光度測量裝置。另外，整個(gè)系統(tǒng)中還包括電控制和測試數(shù)據(jù)處理軟件。LED助推器（圖6左邊的小盒子）讓系統(tǒng)測試多芯片高前向電壓（VF>10V）的LED。通過Tr3ster對LED進(jìn)行測量，我們可以在獲得LED熱阻的同時(shí)，也獲得輻射通量，光通量，光輸出特性，染色性等數(shù)據(jù)。我們可以在不同的參考溫
