LED灯珠散热的计算方法
一、热对LED的影响
1、LED是冷光源吗?
(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。
(3)LED发光过程中会产生热量,LED并非不会发热的冷光源。
2.热对LED性能和结构的影响
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。
(1) 光通量与温度的关系
①光通量Фv与结温Tj的关系
其中:Фv(Tj1)=结温Tj1时的光通量
Фv(Tj2)=结温Tj2时的光通量
ΔTj= Tj2 -Tj1
k=温度系数
②光通量与环境温度的关系
Ta=100℃时,LED的光通量将下降至室温时的一半左右。
LED的应用必须考虑温度对光通量的影响。
(2)波长与结温Tj的关系
λd(Tj2)=λd(Tj1)+kΔTj
(3)正向压降Vf结温Tj的关系
Vf(Tj2)= Vf(Tj1)+kΔTj
k=ΔVf/ΔTj :正向压降随结温变化的系数,通常取-2.0mV/℃.
(4)热对发光效率ηv的影响
*在输入功率一定时:
*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。
(5)热对LED出光通道的影响
*加速出光通道物质的老化;
*降低通道物质的透光率;
*改变出光通道物质的折射率,影响光线的空间分布;
*严重时改变出光通道结构。
(6)热对LED电通道(欧姆接触/固晶界面)的影响
*引致封装物质的膨胀或收缩;
*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。
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LED灯具技术关键在哪里?
光性能(配光)
LED灯的光学性能主要涉及到光度、光谱和色度等方面的性能要求。
根据行业标准“半导体发光二极管测试方法”,主要有发光峰值波长、光谱辐射带宽、轴向发光强度角、光通量、辐射通量、发光效率、色品坐标、相关色温、色纯度和主波长、显色指数等参数。
LED灯常用的白光LED,色温、显色指数和照度就尤为重要,它是照明气氛和效果的重要指标,而色纯度和主波长一般没有要求。
热性能(结构)
照明用的LED发光效率和功率的提供是LED产业的关键之一,在此同时,LED的PN结温度及壳体散热问题显得尤为重要。PN结温与灯体温度差异越大,那么热阻越大,随之光能被转换成热能白白消耗掉,严重时LED损坏。
一个好的结构工程师,不仅要考虑灯具的结构与LED的热阻,还要考虑灯具的外形是否合理、时尚、新颖,当然还有可靠性和可维护性以及实用性,既要站在设计者的角度去思考,又要站在用户的角度去考量产品。
电性能(电子)
如果把一个照明灯具比喻成一个少女,那么配光是她的内涵、结构则是她的容貌、电子就是她的心脏。吸引人们眼球的总是那些外表美丽、时尚的美女们,产品亦是如此。
人没有心脏则没有生命,灯具没有电子则不成电源,一个好的驱动电源也能决定一个产品的寿命。
电子方面的标准和参数往往要比结构复杂得多,前期的研发精力投入也比较大。目前的技术走向和更新是日新月异,一天一个样,工程师们得花很大的精力去学习、吸收、分解、应用新技术。
电子设计的前期计划、中期实施、后期的成型整个过程需形成文件、形成数据,这也是设计中较繁琐的事情。比如:一个电源设计时的一个前期方案,产品简介、标准规范依据、安全规格依据、电性能期望值、工艺要求、原材料评估、测试方法等等都要形成系统文件。
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