2025-03-24
Las características térmicas de los LED son uno de los factores clave que afectan su rendimiento y su vida.
Las características térmicas de los LED son uno de los factores clave que afectan su rendimiento y su vida.
Las características térmicas de los LED son uno de los factores clave que afectan su rendimiento y vida. Debido a que el LED generará calor en el trabajo, si el calor no se distribuye de manera efectiva, conducirá a una eficiencia de luz reducida, desplazamiento de longitud de onda e incluso daños. El siguiente es un análisis detallado de las características térmicas del LED:
1. Generación de calor
Fuente de calor:
- Cuando el LED está funcionando, no toda la energía eléctrica se convierte en energía de la luz, y parte de la energía eléctrica se disipará en forma de calor.
- La generación de calor proviene principalmente de los siguientes aspectos:
- Recombinación no radiativa: cuando los electrones y los agujeros se recombinan, parte de la energía se libera como calor.
- Joule calor: calor generado debido a la resistencia cuando la corriente pasa a través del LED.
- Calentamiento por fósforo: en LED blancos, la absorción de fósforo de la luz azul y la conversión también generará calor.
Cálculo de energía térmica:
- La potencia térmica (p_heat) se puede estimar mediante la siguiente fórmula:
Entre ellos, Pinit es la potencia eléctrica de entrada, difícil sí, la potencia óptica.
2. Resistencia térmica y disipación de calor
Resistencia térmica:
- La resistencia térmica indica la facilidad con la que se transfiere el calor del chip LED al medio ambiente y se mide en ° C/W.
- Cuanto más pequeña sea la resistencia térmica, mejor será el rendimiento de la disipación de calor.
- Composición de la resistencia térmica:
- CHIP para sustrato de resistencia térmica (RJC): la resistencia térmica entre el chip y el sustrato.
- Resistencia térmica de la placa frontal al radiador (RCS): la resistencia térmica entre el placa del plato y el radiador.
- Desde el disipador de calor al medio ambiente Resistencia térmica (RSA): la resistencia térmica entre el disipador de calor y el medio ambiente.
Resistencia térmica total (RJA):
- La resistencia térmica total es la resistencia térmica total del chip al medio ambiente, y la fórmula es:
Cálculo de temperatura de unión:
-
La temperatura de la unión (TJ) es la temperatura del chip LED, que puede calcularse mediante la siguiente fórmula:
Entre ellos, TA es la temperatura ambiente.
3. El efecto de la temperatura en el rendimiento del LED
Disminución de la eficiencia de la luz:
- El aumento de la temperatura hará que la eficiencia de la luz del LED disminuya, porque la recombinación no radiación aumenta y la eficiencia de producción de fotones disminuye.
- El cambio de la eficiencia de la luz con la temperatura puede expresarse como un coeficiente de temperatura, generalmente -0.2% a -0.5%/° C.
Desplazamiento de longitud de onda:
- El aumento de la temperatura provocará la longitud de onda de emisión del LED en la dirección de la onda larga (desplazamiento al rojo).
- El desplazamiento de longitud de onda suele ser 0.1 nm/° C a 0.3 nm/° C.
Vida de vida acortada:
- El aumento de la temperatura acelerará el envejecimiento del LED, lo que dará como resultado una descomposición de la luz acelerada.
- Las fórmulas empíricas muestran que por cada aumento de 10 ° C en la temperatura de la unión, la vida útil de un LED puede reducirse a la mitad.
4. Diseño de disipación de calor
Material de disipación de calor:
- Los materiales de disipación de calor de uso común incluyen aluminio, cobre, cerámica, etc., con alta conductividad térmica.
- Los materiales de la interfaz térmica (como la grasa térmica y las juntas térmicas) se utilizan para llenar el espacio entre las superficies de contacto para mejorar la eficiencia de la conductividad térmica.
Radiador:
- Los disipadores de calor mejoran la eficiencia de la disipación de calor al aumentar el área de la superficie, y las formas comunes incluyen radiadores de aletas y radiadores de tuberías de calor.
Disipación de calor activo:
- Para LED de alta potencia, se puede requerir métodos de enfriamiento activos como ventiladores o enfriamiento líquido.
5. Prueba y evaluación de características térmicas
Medición de la temperatura de la unión:
- Use una imagen térmica infrarroja o termopar para medir la temperatura de la unión del LED.
Prueba de resistencia térmica:
- La resistencia térmica se calcula midiendo la diferencia de temperatura y la potencia térmica.
Simulación térmica:
- El software de simulación térmica (como ANSYS, Flotherm) se utiliza para simular la distribución de calor y el rendimiento de la disipación de calor de los LED.
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