基于提高LED光源耐温性能的实验探讨(一)

By | 2020年7月24日

   LED光衰是业界独特关怀急待处理的技巧难题,本文作者从实践以及理论作了深化剖析钻研。对LED罕用技巧术语作了精密而独到的论述,无论正确与否,探讨这些技巧术语无疑这对标准LED技巧用语界说以及相干规范建设年夜有裨益。作者提出了进步LED光源耐温特点可升高LED光衰并运用零碎设计综合技巧管理LED光衰的设计思绪,具备前瞻性以及翻新性,心愿惹起业界存眷以及探讨。

   媒介

   半导体照明是本世纪一场技巧反动,从技巧成熟角度看它仍是个婴儿,尽管LED年夜功率白光技巧倒退很快,但是LED光衰、散热、老本这三个与生俱来的痼疾依然是LED照明普及倒退的拦路虎。LED光衰、散热贯通了从芯片制作、封装制程、资料抉择、灯具开发整个工业链,今朝业界对光衰的概念、孕育发生的缘由和若何处理还意识有余,实践尚无权势巨子诠释,国度相干规范难以出台,致使呈现随声附和、你抄我搬稀罕乖僻的技巧乱象,长时间以来人们拼命环抱用散热办法来缩小LED光衰,但是奏效甚微。处理LED光衰成为业界独特关怀、翘首以待的技巧难题,人们不由要问:设计师为什么没有另辟蹊径从泉源深化寻觅LED光衰缘由?笔者对进步LED光源的耐温特点可缩小LED光衰从实践以及理论进行了深化讨论,将陆续推出相干文章以及试验陈诉。

   要害词

   LED光效、LED热阻、LED光衰、WFCOB光源、LED模组照明灯

   目次

   第一章

   1、 LED光效:区别瞬态光效以及稳态光效的意思

   2、 LED热阻:区别光源內部热阻以及光源内部热阻的意思

   3、 LED光衰:光衰是光源部件超越耐温极限不成逆的伤害景象。

   第二章

   1、进步LED光源的耐温特点可缩小LED光衰

   2、为什么要进步LED光源的耐温度特点

   3、若何让LED光源耐受低温

   第三章

   1、集成光源墓基板以及铝基板齐全没须要做到3750V耐压

   2、LED驱动电源可否用液冷技巧处理这块短板

   第四章

   引见一种WFCOB光源

   第五章

   引见一种LED模组照明灯

    

   第一章

   1、 LED光效

   LED光源收回的光通量(lm)除了以光源所耗费的功率(W)称为LED光效,单元lm/W。

   区别瞬态光效以及稳态光效的意思

   LED瞬态光效是指LED光源开端工作时的发光效率,也称初始冷态光效,它是被测光源施加肯定短脉冲电流所测患上的霎时光通量,丈量时通常给出年夜于芯片而小于基板的发烧工夫常数,所加热脉冲宽度通常正在1-几十ms。

   瞬态光效是LED光源短期的光_电转换特点,它与芯片以及荧光粉量子激起才能、胶体折射率、透光率、支架构造(反光杯)反光率等前提无关,与芯片结温根本有关。它只有丈量比照意思,瞬态光效不克不及代表实际工作状态。

   稳态光效是指LED光源工作一段工夫进入热稳固后,芯片结温再也不回升、光强再也不变动时所测出的光通量与电功率之比。稳态光效是指LED全体灯具除了了驱动电源之外的零碎光效,它反映LED实际工作的光、电、热综合特点。稳态光效包罗除了LED瞬态光、电特点外,还包罗零碎传热、散热的温度变动状态,也称零碎光,是全体灯具实在工作效率。

   2、 LED热阻

   1. LED热阻

   热阻一般为指热畅通流畅过物体时的阻力。是由物资资料的实质所决议的。热阻的巨细以及热畅通流畅过的门路长度成反比,以及门路的截面积成正比,以及资料的导热系数成正比。即:

   Rth=L/Sλ

   2. 区别光源內部热阻以及光源内部热阻的意思

   对零碎而言, LED热阻包罗:光源內部热阻以及光源内部热阻见图1。

基于提高LED光源耐温性能的实验探讨

   光源內部热阻

   光源內部热阻也称封装热阻,包罗:

   (1)LED芯片资料本身的热阻,RL1。

   (2)芯片以及基板(热沉)粘接热阻,RL2。

   (3)基板传导热阻RL3 ,

   (4)灌封胶体热阻,RL4。

   (5)透镜热阻,RL5。

   光源内部热阻包罗:

   (1)热沉上层的导热硅胶热阻,RO1。

   (2)覆铜板热阻,RO2。

   (3)覆铜板与铝基板之间的绝缘薄膜热阻,RO3。

   (4)铝基板热阻,RO4。

   (5)铝基板与散热器之间的导热硅胶孕育发生热阻,RO5。

   (6)散热器热阻,RO6。

   使用中光源外部热阻即封装热阻,它关系到光衰以及寿命是权衡光源质量的首要目标,对灯具用户来讲是无奈扭转的,亦即零碎设计机关用尽。零碎光效与零碎热阻成正比,热阻越低,光效越高。

   3, 用稳态光效以及瞬态光效之最近权衡零碎的光热特点

   今朝LED光源热阻丈量国度还没有出台规范,通常按照一般半导体器件的热阻丈量办法采纳电压丈量法,先测出K值,再较量争论岀某地位到PN结的热阻。另有光谱法、光热阻扫描法及光功率法。因为丈量顺序复杂,难以标准,因而依然使用没有广。人们从传热学引入LED“热阻”一词无非是心愿能经过丈量找出光源以及灯具每一个节点温升情况,以便将光源温度工作设计正在平安范畴内,缩小LED光衰。其实,测试结温及较量争论热阻目的意思仅正在于比照零碎传热功能,以便优化散热/老本比,这无需旁敲侧击去重复丈量以及较量争论,操作复杂还不敷精确。自己倡议只需正在LED灯具零碎中丈量各级传热通路的温度差便可体现进去的它们之间热阻巨细,亦即用“节点温差”去了解“热阻”。笔者倡议用稳态光效以及瞬态光效之最近权衡零碎的光热特点。丈量办法:起首丈量岀瞬态光效。当零碎工作进入热稳固之后,光源温度再也不回升、光强再也不降落而绝对稳固之后测出稳态光效,用稳态光效除了以瞬态光效便是稳态光效以及瞬态光效之比,依据热阻与光效成正比的关系,其比值巨细便可看出没有同灯具的零碎光效或热阻的高下优劣,留意通常丈量要扫除电源影响。比方:两个没有同的路灯A以及B,辨别测出它们瞬态光效以及稳态光效之比,A=95%,B=90% ,便可认定A好过B 这类测试办法简略易操作,笔者倡议通过各人探讨以及欠缺将该丈量办法保举行业丈量标准以及技巧规范中。

   3、LED光衰

   1, LED光衰:LED光衰是指LED通过一段工夫的点亮之后,其光强比初始光强会升高,且不克不及规复,即升高的局部称为LED的光衰。今朝我国还没有制订LED光衰的界说及通用规范。 GB/T 24823-2009要求LED模块功能要求规则的光通维持率是正在燃点3000h时,其光通维持率应没有低于92%仅试用室内灯具的某个产物,业界普遍呐喊国度尽快制订LED光衰规范。

   2, LED光衰是光源部件超越耐温极限不成逆的伤害景象

   家喻户晓,LED工作之后其光强会着芯片结温降低而降落,光效随之升高,这是半导体随温度变动的固有的物理特点,只需光源某个部件没有超越温度极限而伤害, LED中止之后温度降到原始値,其光强还会规复如初,也就是说LED不论工作多久、重复屡次只需初始光强没有变就不克不及以为光衰,光衰是指光源因长期工作温度超越极限値而光强规复没有到初始値称为光衰,亦即光通量降落不成逆转才是真正意思的光衰。LED光衰是光源部件超越耐温极限不成逆的伤害景象。

   3,今朝一切芯片厂以及封装厂所标称的光效都是瞬态光效

   有人以为美国CREE公司发布的LED芯片结平和之间的关系曲线是LEF光衰曲线,很多人将它视为LED芯片光衰曲线,以至封装厂也将它搜搬抄到出厂规格书中,这是谬误的。

基于提高LED光源耐温性能的实验探讨

   上图CREE所公示温度与光通量/光功率关系曲线是基于向用户表白正在设计应用中没有要让芯片超越肯定结温范畴,以保证正在额外光功率下招致光通量降落或孕育发生光衰。笔者以为这组曲线没有是LED芯片光衰的因果关系,它应该是LED光源的光通量以及温度无关的多种元件综合曲线。不少人以为这组曲线是单纯芯片光衰缘由,其实不包罗荧光粉、粘胶、支架和与温度无关的零碎部件影响,这是意识误区。LED光源无论是Ta=25度仍是正在Ta=85℃温度下测试,都是光源零碎正在某个特定温度下的稳态丈量值 ,因为稳态光效受温度诸多变量关系影响,测试复杂不敷精确,并且工夫较长,以是今朝一切芯片厂以及封装厂对外标称的光效都是瞬态光效,上游用户验收也是如斯。世界上无论哪一个公司对外发布产物功能目标必需有可操作性以及可反复性,也就是说客户采办你的产物对其规格无奈或难以测验,则无奈通行。一些外洋厂商无意夸张光效超越传统值数倍是不任何适用意思的,由于LED光效与光衰没有是由LED芯片繁多要素造成,它与零碎热阻诸多前提无关,拿实验室光效说事只有宣传意思不任何适用意思,某公司如推出303LM/W产物而闭门没有推向市场,业界无奈了解以及认同。再说决议LED光效芯片没有是惟一缘由,也没有是次要缘由,用户一味谋求某品牌而没有注重零碎设计是意识误区,会劳苦功高、事半功倍。

   结语

   探讨LED光效、LED热阻、LED光衰这几个广为盛行的业余词语,区别瞬态光效以及稳态光效的意思,是为了进一步揭示LED光衰缘由,找出处理对策。同时对标准LED技巧用语界说以及建设相干技巧规范无疑也年夜有裨益。