LED结温计算教学文案.doc

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1、…………………………………………………………最新精品资料推荐……………………………………………………LED的结温计算LED的PN结结温主要影响LED光通量和寿命，本文用电压法对直插LED，食人鱼LED和大功率LED的结温和热阻进行了实验研究。在测量LED结温的同时，研究它的光谱变化，色光LED峰值波长的偏移与其结温存在线性关系，白光LED的总能量和蓝光能量比率(W/B)的变化与结温也存在线性的关系。 　　LED存在发热现象，随着LED的工作时间和工作电流的增加，其发光强度和光通量会下降，寿命降低，对白光还会导致激发效率的下降，这主要是由于LED结温升高导致的。对于白光L

2、ED，随着结温的增加，LED发出黄光和蓝光的强度以不同的速率下降,白光LED的总能量和蓝光能量比率(W/B)与结温存在关系。 　　首先对LED的结温进行研究，由此可得到LED的热阻。然后在测量结温的同时，测量LED光谱变化，可以得出LED的PN结结温与色光LED峰值波长或白光LED的白色/蓝色能量比(W/B)之间存在一定的关系。因此可以采用非接触式方法来进行结温的测量。 　　测量原理 　　LED的结温是影响发光二极管各项性能指标的一个重要因素，测量LED结温的方法可用通过测量在不同环境温度下LED的正向电压的大小来得到。实验原理如图1所示，被测LED置于积分球内，积

3、分球放在恒温箱的中间，积分球内的光经石英光纤导入SSP3112快速光谱分析仪，可以快速测取LED的峰值波长或W/B比率。将热电偶与LED管脚紧密接触，用测温仪读取不同加热电流和不同环境温度下的管脚温度。恒温箱的温度范围为0℃-150℃，精度1℃。PC机通过高速开关控制对LED的加热电流(IF)和参考电流(IFR)，并测量IF和IFR下的VF和VFR。 　　热是从温度高处向温度低处散热。大功率LED主要的散热路径是：管芯→散热垫→印制板敷铜层→印制板→环境空气。若LED的结温为TJ，环境空气的温度为TA,散热垫底部的温度为Tc(TJ>Tc>TA。 　　在热的传导过程中，

4、各种材料的导热性能不同，即有不同的热阻。若管芯传导到散热垫底面的热阻为RJC(LED的热阻)、散热垫传导到PCB面层敷铜层的热阻为RCB、PCB传导到环境空气的热阻为RBA,则从管芯的结温TJ传导到空气TA的总热阻RJA与各热阻关系为：RJA=RJC+RCB+RBA各热阻的单位是℃/W。 　　可以这样理解：热阻越小，其导热性能越好，即散热性能越好。 　　如果LED的散热垫与PCB的敷铜层采用回流焊焊在一起，则RCB=0，则上式可写成：RJA=RJC+RBA 　　散热的计算公式 　　若结温为TJ、环境温度为TA、LED的功耗为PD,则RJA与TJ、TA及PD的关系为

5、：RJA=(TJ-TA)/PD…………………………………………………………最新精品资料推荐……………………………………………………11…………………………………………………………最新精品资料推荐……………………………………………………(1) 　　式中PD的单位是W。PD与LED的正向压降VF及LED的正向电流IF的关系为：PD=VF×IF(2) 　　如果已测出LED散热垫的温度TC，则(1)式可写成： 　　RJA=(TJ-TC)/PD+(TC-TA)/PD 　　则RJC=(TJ-TC)/PD(3) 　　RBA=(TC-TA)/PD(4) 　　在散热计算中，当选

6、择了大功率LED后，从数据资料中可找到其RJC值;当确定LED的正向电流IF后，根据LED的VF可计算出PD;若已测出TC的温度，则按(3)式可求出TJ来。 　　在测TC前，先要做一个实验板(选择某种PCB、确定一定的面积)、焊上LED、输入IF电流，等稳定后，用K型热电偶 　　点温度计测LED的散热垫温度TC。 　　在(4)式中，TC及TA可以测出，PD可以求出，则RBA值可以计算出 　　来。若计算出TJ来，代入(1)式可求出RJA。 　　这种通过试验、计算出TJ方法是基于用某种PCB及一定散热面积。如果计算出来的TJ小于要求(或等于)TJmax，则可认为选择

7、的PCB及面积合适;若计算来的TJ大于要求的TJmax，则要更换散热性能更好的PCB，或者增加PCB的散热面积。 　　另外，若选择的LED的RJC值太大，在设计上也可以更换性能上更好并且RJC值更小的大功率LED，使满足计算出来的TJ≤TJmax。这一点在计算举例中说明。 　　计算举例 　　这里采用了NICHIA公司的测量TC的实例中取部分数据作为计算举例。已知条件如下： 　　LED：3W白光LED、型号MCCW022、RJC=16℃/W。K型热电偶点温度计测量头焊在散热垫上。 　　PCB试验板：双层敷铜板(40×4