大功率LED照明設備的應用越來越廣泛,而大功率LED的發光亮度實際上與其電流成正比,大功率LED的正向電流也會隨著溫度的變化而變化。 今天就帶大家了解一下LED結溫的原因以及LED半導體照明光源的散熱方法。 近幾十年的發展,LED照明效率越來越高,成本越來越低,色彩也越來越豐富。 這使得大功率LED在不久的將來成為一種高效、節能、環保、安全的清潔光源。 然而,大功率LED燈的散熱問題仍然是其在照明領域應用的一大發展瓶頸。 這是限制其新一代光源的重要原因。 研究數據表明,當LED芯片結溫為25℃時LED芯片有發光,那麼當結溫升至60℃時,其發光量僅為90%;當結溫達到100℃時,降到80%。 ;140 C只有70%。 可見,提高散熱控制結溫對於提高其發光效率非常重要。 如果大功率LED燈的散熱問題不解決,LED燈的工作溫度升高,結溫升高,導致LED色度偏移,顯色指數下降,色溫升高,發光效率降低,使用壽命會縮短。 大功率LED的發光亮度實際上與其電流成正比。 如果控制大功率LED的輸出光通量,就相當於控制了它的發光亮度。 大功率LED的正電流也會隨著溫度的變化而變化。 當環境溫度超過一定值(我們稱之為安全溫度)時,LED的正向電流會突然降低。 這時,如果電流繼續增大,就會導致LED壽命降低。 因此,此時必須採取相應的措施。 當泡燈輸入電流和環境溫度發生變化時,可以及時控制大功率LED正電流。 採用溫度補償技術,根據環境溫度動態調整輸出電流,實時監測LED溫度,使大功率LED在高溫條件下自動降低電流。 1. 大功率LED照明產品現狀“芯片-鋁基板-散熱器的三層結構模式”是目前市場上大部分大功率LED照明燈具採用的,即首先在鋁基板上封裝芯片形成一個LED光源模組,然後將光源模組安裝在散熱器上,這樣就可以製作出大功率的LED照明燈具了。 目前,早期使用LED來顯示燈光和指示燈,是作為大功率LED的熱管理系統。 這種熱管理模式僅限於小功率 LED 使用。 採用三層結構方式製備的大功率LED照明,在系統結構方面還有很多不合理的地方,比如結溫高、散熱效率低、結構間接觸熱阻大、散熱效率低、更大的接觸熱阻,導致芯片釋放的熱量無法有效分散和導出,導致LED燈衰、光效低、壽命短。 受結構、成本、功耗等諸多因素的限制,大功率LED照明很難採用主動散熱機制,只能採用被動散熱機制,而被動散熱有很大的局限性;而目前LED的能量轉換效率仍然有效不高,大約70%的輸入功率可以轉化為熱能,即使光效提高40%,能量也會轉化為熱能,也就是不考慮散熱很難增加散熱程度。 2. LED照明光源的特點不同於傳統的熒光燈、白熾燈、鹵素燈。 LED半導體照明光源由半導體材料製成,由PN組成。 電子接地穴通過複合、PN正導通、反向截止產生可見光,其中N區對應負極,P區對應正極。 LED半導體光源具有發光效率高、響應時間短、體積小、節能等優點。 此外,它還具有傳統照明光源的特點: 2.1 具有類似PN半導體器件的特點: 1)正向電流和正向電壓為負溫度係數,隨溫度升高而減小; 2)正電壓電壓 必須超過一定的閾值才能產生電流; 3) 反向時,無電流不工作。 2.2 限制其工作溫度的因素很多。 具體如下: 1)LED的亮度與正電流呈一定的曲線關係。 當結溫超過一定值時,亮度隨著電流對電流的減小而減弱; 2)您必須將結溫限制在額定值95°C至125°C以下; 3)如果表面含有塑料鏡片,會受到鏡片材料熔點溫度的限制。 3. LED結溫介紹 3.1 LED發熱產生LED發熱的原因是因為添加的能量並不是全部轉化為光能的形式,有的已經轉化為熱能。 目前市面上LED的光效在100LM/W左右。 換言之,大約70%的電能以熱能的形式浪費掉了。 一般來說,導致LED產生結溫的因素有兩個。 具體如下: 1) 內量子效率。 當針灸和電子復合物複合時,它們不可能都產生光子。 這通常被稱為“電流洩漏”,這就是PN區的複合負載率降低的原因。 洩漏電壓和電流的電壓是這部分的分散功率,也就是轉化為熱能的部分,但這部分不是主要成分,因為電流技術可以使LED的內部光子效率接近90 %。 2)約30%的外量子效率。 主要原因之一是負載監視器產生的光子不能轉化為芯片外部,而是轉化為熱量。 白熾燈雖然只有15LM/W左右,但最終還是以光能的形式輻射出電能。 雖然大部分的輻射能量是紅外線,光效很低,但這免除了散熱的問題。 LED的散熱問題逐漸成為人們關注的焦點。 這是因為LED的壽命或光衰與其結溫直接相關。 如果散熱問題處理不好。 3.2 降低LED結溫的方法控制額定輸入功率;二次散熱結構的設計;將二次散熱結構與LED安裝接口之間的熱阻降至最低;降低周圍環境溫度;降低 LED 本身的熱阻。 4. LED半導體照明光源散熱方式 一般來說,散熱器按帶走熱量的方式可分為被動散熱和主動散熱。 所謂被動散熱是指熱源LED光源產生的熱量通過散熱片散發到空氣中。 它的散熱效果與散熱片的大小成正比,但這種散熱效果就比較差強人意了。 在設備中,或者對於低功耗、低熱量的散熱,絕大多數設備採取主動散熱,主動散熱就是通過一些設備主動從散熱片帶走熱量。 較高的散熱效率是主動散熱的主要特點,其體積相對較小。 另一種方法是採用“垂直”電極製作LED元件。 因為LED元件的上下兩端都有金屬電極,這樣可以在散熱問題上得到更大的幫助。 例如,使用 GAN 基板作為材料。 由於 GAN 基板是導電材料,可以將電極直接連接在基板下方,以獲得快速分散和發光的好處,但由於材料成本較高,這種做法也將比傳統的成本昂貴得多藍寶石襯底,這將增加元件的生產成本。
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