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浅谈大功率LED的发热问题及解决方案 链接：/tech/57299.html 来源：中国新能源网 浅谈大功率LED的发热问题及解决方案 摘 要: 散热的构想,设计了LED热管散热器的原理结构,并对其传热机理、传热路线和各传热阶段的热阻进行了定性分析和定 量分析,建立了传热模型,导出了总传热系数的计算式,并给出了该热管散热器的设计计算实例。 引 言： 发光二极管(LED)具有低耗能、省电、寿命长、耐用等优点,因而被各方看好将取代传统照明成为未来照明光源。然 而,随着功率增加,LED所产生电热流之废热无法有效散出,导致发光效率严重下降。 LED使用寿命的定义为,当LED发光效率低于原发光效率之70%时,可视为LED寿命终结。LED发光效率会随着使用时 间及次数而降低,而过高的接面温度则会加速LED发光效率衰减,故散热成LED显学。 随着芯片技术的日益成熟,单一的LED芯片输入功率可达到5W,甚至更高,所以防止LED工作温度过高也越来越显得重 要。若不能有效的将芯片热量散出,接踵而来的热效应也会变得越来越明显,使得芯片接面温度升高,进而直接减少芯片 射出的光子能量,降低出光效率。温度的升高也会使得芯片发射出的光谱产生红移,色温质量下降。 本文针对大功率LED工作时的发热问题以及发热原理进行了详尽的分析，并针对不同原因给出了几种可行的解决方 案以及构想。 1.大功率LED工作时发热的几个原因 与传统光源一样，半导体发光二极体（LED）在工作期间也会产生热量，其多少取决于整体的发光效率。在外加电 能量作用下，电子和空穴的辐射复合发生电致发光，在PN结附近辐射出来的光还需经过芯片（chip）本身的半导体介 质和封装介质才能抵达外界（空气）。综合电流注入效率、辐射发光量子效率、芯片外部光取出效率等，最终大概只 有30-40％的输入电能转化为光能，其余60-70％能量主要以非辐射复合发生的点阵振动的形式转化热能。 而芯片温度的升高，则会增强非辐射复合，进一步消弱发光效率。因为，人们主观上认为大功率LED没有热量，事 实上确有。大量的热，以至于在使用过程中发生问题。加上很多初次使用大功率LED的人，对热问题又不懂如何有效 地解决，使得产品可靠性成为主要问题。那么，LED究竟有没有热量产生呢？能产生多少热量呢？LED产生的热量究 竟有多大？ LED在正向电压下，电子从电源获得能量，在电场的驱动下，克服PN结的电场，由N区跃迁到P区，这些电子与P区 的空穴发生复合。由于漂移到P区的自由电子具有高于P区价电子的能量，复合时电子回到低能量态，多余的能量以 光子的形式放出。发出光子的波长与能量差Eg相关。可见，发光区主要在PN结附近，发光是由于电子与空穴复合释 放能量的结果。一只半导体二极体，电子在进入半导体区到离开半导体区的全部路程中，都会遇到电阻。简单地从原 理上看，半导体二极体的物理结构简单地从原理上看，半导体二极体的物理结构源负极发出的电子和回到正极的电子 数是相等的。普通的二极体，在发生电子－空穴对的复合是，由于能级差Eg的因素，释放的光子光谱不在可见光范围 内。 电子在二极体内部的路途中，都会因电阻的存在而消耗功率。所消耗的功率符合电子学的基本定律： P＝I2R＝I2（RN＋＋RP）＋IVTH 式中：RN是N区体电阻VTH是PN结的开启电压RP是P区体电阻消耗的功率产生的热量为： Q＝Pt 式中：t为二极体通电的时间。 浅谈大功率LED的发热问题及解决方案 链接：/tech/57299.html 来源：中国新能源网 本质上，LED依然是一只半导体二极体。因此，LED在正向工作时，它的工作过程符合上面的叙述。它所它所消耗 的电功率为： PLED=ULED×ILED 式中：ULED是LED光源两端的正向电压 ILED是流过LED的电流 这些消耗的电功率转化为热量放出： Q＝PLED×t 式中：t为通电时间 实际上，电子在P区与空穴复合时释放的能量，并不是由外电源直接提供的，而是由于该电子在N区时，在没有外 电场时，它的能级就比P区的价电子能级高出Eg。当它到达P区后，与空穴复合而成为P区的价电子时，它就会释放出 这么多的能量。Eg的大小是由材料本身决定的，与外电场无关。外电源对电子的作用只是推动它做定向移动，并克服 P