LED的热量管理 Thermal Management Considerations for LEDs

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LED的热量管理 Thermal Management Considerations for LEDs


裴小明 Simen pe
技术总监 CTO
深圳市量子光电子有限公司
Shenzhen Quantum Optoelectronic Co

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oLED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15070有效复合转化为光，大部分（约85070）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o 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。


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。
    Rth=△T/qx
其中：Rth=两点间的热阻(℃/W或K/W)
    △T=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
   Rth= L/λS
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)

四、LED热阻的测量
  1．理论依据
    半导体材料的电导率具有热敏性，改变温度可以显著改变半导体中的载流子的数量。禁带宽度通常随温度的升高而降低，且在室温以上随温度的变化具有良好的线性关系。可以认为半导体器件的正向压降与
结温是线性变化关系。

只要监测LED正向压降Vf的改变，便可以确定其热阻。

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