CREELED热设计ThermalManager.ppt

散热装置设计 Training　Data- Module 09 Revision 1 - May 2008 SHENZHEN Engineering Learning Center 目录 高功率LED特性和热的关系 光输出和结温 Tj关系. 寿命和结温 Tj关系. 正向电压Vf和结温 Tj关系. 如何测量结温Tj 热传导 散热好坏直接关系LED寿命及光输出 在大功率LED中，散热是个大问题。若不加散热措施，则大功率LED的器芯温度会急速上升，当其结温（TJ）上升超过最大允许温度时（一般是150℃），大功率LED会因过热而损坏。因此在大功率LED灯具设计中，最主要的设计工作就是散热设计。 XLamps ~50000hrs@Tj80’C LED光输出与结温关系 芯片節點處是LED發光的唯一來源。 在導通電流發光狀態下，節點區域将变得非常热。 LED 的節點溫度 當LED在長時間處于高溫工作狀態下,將會影響光輸出及使用壽命。 對于LED的结温能產生影響的因數有： 室温下的LED周圍的環境溫度 熱系統的構造組成及導熱材料的熱阻 通過LED的電流大小 LED的節點溫度 高功率LED的热阻 用热阻来衡量LED热量从 PN结通过导热通道将热量导出的能力 低热阻 = 良好散热 j sp Rth j-sp: 从PN结(j) 到焊点 (sp)的热阻 单位: ℃/W 或 K°/W 低的热阻(Rth j-sp) = PN结(j)到焊点 (sp)的低温差 何处是LED PN结? LED PN结 LED PN结位于 LED 芯片内部 LED 结温 (Tj) 无法直接测量 为什么LED 结温 Tj 很重要? 结温（Tj ）影响LED寿命和长期流明维持 + 10°C + 20°C Tj (°C) L70 X 97,000 小时 X + 10 55,000 小时 X + 20 32,000 小时 相对光通量（%） 寿命（小时） X 结温和正向电压 LED温度系数 -mV/°C（负温度系数） 结温Tj上升，LED的正向电压降低 例: 10 LED 串联 正向电压Vf （@ Tj =25℃） = 3.3V 总电压 = 10 * 3.3 = 33V 当结温 Tj = 60 ℃时 正向电压Vf = 3.3 –(.004*35) = 3.16V 总电压 = 10*3.16 = 31.6V ★这事例说明采用恒流驱动是非常重要的 如何散热(如何获得低热阻低结温) 良好的散热材料. 散热面积大小与散热成正比. 整个散热通路没有瓶颈. Thermal Management Products Product images courtesy of ThermaFlo Inc. Most high power LED lamps will need a heat sink in order to dissipate operating heat. Recommended thermal management products include: Thermally conductive compounds Mounting hardware Temperature sensors Types of Heat Sinks 差的 和 良好的热设计 良好的热设计 结温Tj 85°C 热沉装置 差的热设计 周围无散热表面 结温Tj 85°C 如何测量结温 1) 热平衡 一般而言, 开启20 分钟(1200 sec) 后基本达到热平衡 必须有一个能较长时间工作的好的热沉 2) 测焊点温度 几乎无法直接测焊点 温度传感器直接在LED周边PCB传热良好处测量 2) 测焊点温度 在线路板上设计测温焊点 3) 测电压和电流 测量LED两端的电压和流过的电流 4) 计算功率和结温 功率 [功率 P(W)] = [电压(V)] x [电流 (A)] 例: 3.3V x 0.35 A = 1.155 W 结温 [Tj] = [焊点温度 (Tsp)] + ( [Rth j-sp] x [功率] ) 例: 51.2°C + (8°C/W x 1.155 W) = 51.2 + 9.24 = 60.44°C 热传导 介绍 FR4 PCB的热传导 LED的热量通过敷铜和金属化过孔传到线路板(PCB)的背面 好处: 热性能和 MCPCB相似 比 MCPCB便宜许多 纵横比: 板厚和过孔比 大纵横比, 更困难的是达到可靠的镀层 板厚和孔径的比率 8需增加额外的费用 功率 LEDs用于MCPCB 大部分用于LED的MCPCB因为加入绝缘高导热层而使其价格非常高 为什么一般的功率LED不能用于 FR4上 LED 电路 一般功率 LED FR4 单独提供不了热通道 –必须增加敷铜面