LED灯珠散热计算方法及公式.ppt

深圳市量子光电子有限公司 Shenzhen Quantum Optoelectronic Co.,Ltd. * * LED的热量管理 Thermal Management Considerations for LEDs LED是冷光源吗？ 一、热对LED的影响 （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 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 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T j的关系 Фv（Tj2）=Фv（Tj1）e -kΔTj AlInGaP类LED光输出与结温关系图 相对光输出 Tj（℃） 橙红色 黄色 红色 InGaN类LED光输出与结温关系图 相对光输出 绿色 蓝绿色 蓝色 白色 深蓝色 Tj（℃） ②光通量与环境温度的关系 Ta（℃） 相对光通量 橙红色 黄色 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 白光LED色温—结温飘移曲线 Tj（℃） CCT(K) 白色 k=Δλ/ΔTj : LED波长-结温飘移率 (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： 热量↑?结温Tj↑?正向压降Vf↓?电流If↑?热量??发光效率ηv? 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 环氧树脂热膨胀系数随温度变化曲线 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。 (7)热对LED寿命的影响 不同温度下AlInGaP Power LED老化测试结果 测试时间（小时） 相对光输出 实际数据 外推数据 实际数据 外推数据 实际数据 外推数据 不同温度下InGaN Power LED老化测试结果 实际数据 外推数据 实际数据 外推数据 实际数据 外推数据 测试时间（小时） 相对光输出 1 二、LED的热工模型 1. LED热量的来源 输入的电能中（约85%）因无效复合而产生的热量； 来自工作环境的热量。 2. LED的热工模型 LED芯片很微小，其热容可忽略； 输入电能中大部分（约85%）转化为热量，一般计算中忽略转化为光的部分能量（约15%），假设所有的电能都转变成了热； 在LED工作热平衡后， Tj= Ta+RthjaPd 其中Rthja=LED的PN结与环境之间的热阻; Pd= If ·Vf：LED的输入功率。 三、LED热阻的计算 1.热阻的概念 热阻：热量传导通道上两个参考点之间的温度差与两点间热量传输速率的比值。 其中：Rth=两点间的热阻（℃/W或K/W） ΔT=两点间的温度差（℃） qx=两点间热量传递速率（W） 热传导模型的热阻计算 其中：L为热传导距离（m） S为热传导通道的截面积（m2） λ为热传导系数（W/mK） S T2 T1 L LED的热阻计算 (LED工作热平衡后Tj= Ta+ΔTj) 2.分立LED热阻的计算模型 LED热通道上各环节都存在热阻，热通道的简化热工模型是串联热阻回路。 j a b s Rthjs Rthsb Rthba j s b Rthja= Rthjs+ Rthsb+ Rthba Tj Ts Rthjs Rthsb 3.集成LED阵列热阻的计算模型