大功率LED工作溫度控制的一些技術(shù)點(diǎn)
本文簡(jiǎn)介了LED結(jié)溫原因和LED半導(dǎo)體照明光源散熱方式。
2.1.具有類(lèi)似于一般PN結(jié)半導(dǎo)體器件的特性: (1)正向電流和正向電壓均為負(fù)溫度系數(shù),隨溫度上升而減少; (2)正向電壓必須超過(guò)某一閾值才會(huì)產(chǎn)生電流; (3)反向時(shí),沒(méi)有電流不會(huì)工作。 2.2.有很多方面制約著它的工作溫度,具體如下: (1)LED的亮度與正向電流呈現(xiàn)一定的曲線(xiàn)關(guān)系,當(dāng)結(jié)溫超過(guò)某一值后,亮度隨正向電流的減小而減弱; (2)必須把結(jié)溫限制在額定值95℃~125℃以下; (3)如表面含有塑料透鏡,將會(huì)受到透鏡材料熔點(diǎn)溫度的限制。 3、關(guān)于LED結(jié)溫的介紹[/J] 3.1 LED結(jié)溫產(chǎn)生的原因 LED發(fā)熱很大一部分原因是因?yàn)樗尤氲碾娔懿](méi)有全部以光能的形式轉(zhuǎn)化,其中有一部分被轉(zhuǎn)成了熱能。目前市面上的LED的光效約為100 lm/W,其電光轉(zhuǎn)換效率還很低,大約只有20~30%左右。也就是說(shuō)大約有70%的電能以熱能的形式被浪費(fèi)掉。 總的來(lái)講,有兩個(gè)因素導(dǎo)致了LED結(jié)溫的產(chǎn)生。具體如下: (1)內(nèi)部量子效率。 空穴和電子復(fù)合時(shí),并不能全部都產(chǎn)生光子,這種通常叫做“電流泄漏”,是使PN區(qū)載流子復(fù)合率降低的原因。泄漏的電壓與電流的乘積就是這部分的耗散功率,也就是轉(zhuǎn)化為熱能,但這部分并不是主要的成分,因?yàn)榫湍壳暗募夹g(shù)已經(jīng)能使LED的內(nèi)部光子效率接近90%。 (2)大約只有30%的外部量子效率。 最主要的一個(gè)原因是由于載流子復(fù)合所產(chǎn)生的光子無(wú)法被全部發(fā)射到芯片外部而是轉(zhuǎn)化為熱量。雖然白熾燈只有15lm/W左右的光效,但是藉由最終它把電能以光能的形式輻射出去,盡管大部分的輻射能是紅外線(xiàn)而導(dǎo)致光效很低,但這卻免除了散熱的問(wèn)題。LED的散熱問(wèn)題逐漸成為人們關(guān)注的重點(diǎn),這是因?yàn)長(zhǎng)ED的壽命或光衰直接與它的結(jié)溫有關(guān),假如散熱問(wèn)題處理不好會(huì)直接導(dǎo)致結(jié)溫容易過(guò)高,壽命縮短。 3.2使LED結(jié)溫降低的方法 ①、控制額定輸入功率;②、設(shè)計(jì)良好的二次散熱結(jié)構(gòu);③、把二次散熱結(jié)構(gòu)與LED安裝介面之間的熱阻減少到最低;④、降低周?chē)h(huán)境溫度;⑤、減少LED自身的熱阻。 4.LED半導(dǎo)體照明光源散熱方式[/J] 一般說(shuō)來(lái),按照帶走熱量的方式散熱器可以被分為被動(dòng)散熱和主動(dòng)散熱。所謂的被動(dòng)散熱,是指熱源LED光源產(chǎn)生的熱量通過(guò)散熱片自然的被散發(fā)到空氣中,其散熱效果和散熱片大小成正比,但是這種散熱效果比較不理想,最常用在條件要求比較低的設(shè)備中,或者用于低功率、發(fā)熱量小的器件散熱,絕大多數(shù)采取主動(dòng)散熱,主動(dòng)散熱就是通過(guò)一些設(shè)備主動(dòng)地將熱量從散熱片上帶走,這些設(shè)備有風(fēng)扇等等。較高的散熱效率是主動(dòng)散熱的主要特點(diǎn)并且它本身有比較小的體積。 另也有一種方式,是采行“垂直”電極的方式去制作LED元件,由于LED元件上下兩端都設(shè)有金屬電極,此可在散熱的問(wèn)題上得到更大的助益。例如,采用GaN基板作為材料,由于GaN基板即為導(dǎo)電材質(zhì),因此電極可以直接做在基板下方進(jìn)行連接,即可得到快速散逸磊晶溫度的效益,但這種作法因?yàn)椴牧铣杀据^高,也會(huì)比傳統(tǒng)藍(lán)寶石基板作法的成本貴上許多,會(huì)增加元件的制作成本。 參考文獻(xiàn)[/J]: [1]羅靜華.大功率LED智能化照明控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用,2010,1:51-56. [2]賈文超,沈健林.大功率LED驅(qū)動(dòng)電源設(shè)計(jì)[J].科技創(chuàng)新與生產(chǎn)力,2010,10,(201):96-100. [3]余彬海,王垚浩等,結(jié)溫與熱阻制約大功率LED發(fā)展[J].發(fā)光學(xué)報(bào),2005,26(6):760-766. |
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