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LED性能及热管理方法研究

本文摘要:众所周知,LED的有效地光辐射(发光度和/或电磁辐射通量)相当严重不受其结温影响(参看图1)。单颗LEDPCB一般来说被称作一级LED,而多颗LED芯片组装在同一个金属基板上的LED组件一般来说被称作二级LED。当二级LED对光均匀分布性拒绝很高时,结温对LED闪烁效率不会产生影响的这个问题将十分引人注目。当然,可以利用一级LED的电、热、光协同模型来预测二级LED的电学、热学及光学特性,但前提是必须对LED的风扇环境展开精确建模。

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众所周知,LED的有效地光辐射(发光度和/或电磁辐射通量)相当严重不受其结温影响(参看图1)。单颗LEDPCB一般来说被称作一级LED,而多颗LED芯片组装在同一个金属基板上的LED组件一般来说被称作二级LED。当二级LED对光均匀分布性拒绝很高时,结温对LED闪烁效率不会产生影响的这个问题将十分引人注目。当然,可以利用一级LED的电、热、光协同模型来预测二级LED的电学、热学及光学特性,但前提是必须对LED的风扇环境展开精确建模。

  在这篇文章中,我们将辩论怎样通过测算利用结构函数来提供LEDPCB的热模型,并将非常简单叙述一下我们用来展开测试的一种新型测试系统。此外,我们还将总结电热建模工具的原理,然后将此原理拓展应用于到板级的热建模以协助优化PCB结构的修改热模型。

在文章的最后,我们将讲解一个应用于实例。  创建LEDPCB的修改热模型  关于半导体PCB元器件的修改热模型(CTM)的创建,学术界早已展开了多达10年的辩论。现在,对于创建PCB元器件尤其是ICPCB的独立国家于边界条件的稳态修改热模型,大家广泛尊重DELPHI近似于处置方法。为了研究元器件的瞬态风扇性能,我们必须对CTM展开拓展,拓展后的模型称作瞬态修改热模型(DCTM)。

欧盟通过PROFIT项目制订了创建元器件DCTM的方法,并且同时拓展了热建模工具的功能以便需要对DCTM模型展开建模计算出来。  当CTM应用于在特定的边界条件下或者PCB元器件自身仅有一条结-环境的热流路径,则可以用NID(热阻网络自定义)方法来对元件展开建模。  必要利用测试结果创建LEDPCB模型细心研究一个典型的LEDPCB及其典型的应用环境(图2),我们不会找到,LED芯片产生的热量基本上是通过一条单一的热流路径芯片-风扇块-MCPCB基板流入LEDPCB的。

  对于稳态建模来说,PCB的风扇特性可以通过,即结-壳热阻来精确叙述,结-壳热阻所指的就是指LED芯片到其自身PCB风扇块表面之间的热阻。对于一级LED来说,此热阻值能用热瞬态测试仪器按照双接触面法展开测试来获得。thJCR  图3和图4右图的是的另外一种测试方法。

这种方法用两步测试已完成了对一个二级LED组件的测试工作,这两步的测试条件分别为:thJCR  第一种条件必要把MCPCB加装到冷板上  第二种条件在MCPCB与冷板之间加到一层外壳的塑料薄层  由于铜和胶的导电系数不一样,从结构函数曲线上才可便利的朗读的值。同时,由于在第二种条件下重新加入的薄层材料不会让测试曲线再次发生分离出来,通过分离点才可很便利的辨别出结-板之间的热阻值。

thJCR  如果必须创建LEDPCB的瞬态热模型,则必须用一条适合的热阻特性曲线来替换相同的热阻值来叙述结-壳热流路径的风扇特性。从热瞬态测试得出结论的结构函数可协助构建瞬态热模型的创建。分数形式的结构函数即是一个原始的热阻热容网络图,这些热阻热容值精确的叙述真相大白-环境热流路径的风扇特性。

  对分数结构函数展开阶梯近似于才可获得热流路径上有所不同物理结构的换算热阻和热容值。这里提及的基于NID的模型分解方法,是在时间常数上展开的线性化。

这种方法早已被顺利用作分解填充芯片的模型分解。这种PCB中一般来说不会有多条热流路径,当可选在PCB表面的边界条件不同时,则无法把分解的阶梯型RC模型指出是独立国家于边界条件的模型。  对于LED来说,PCB内部仅有一条热流路径,则阶梯型RC模型可以作为叙述LEDPCB热性能的一种十分适合的模型。  从LED在有所不同的实际风扇环境下测出的结构函数图形中可以显现出,LED的热模型是独立国家于边界条件的,转变测试环境(在我们的例子中是放入了塑料薄层材料)并会影响叙述PCB内部详尽风扇性能的那部分结构函数。

有文献认为,转变一级LED热沉的表面认识特性并会对热流路径上坐落于其之前的部分产生影响。因此如图3右图,在热流转入MCPCB之前的一段热流路径的阶梯状模型,是适合于当我们做到类似于图2右图的二级LED或者类似于图8右图的LED组件的板级热分析时,用来仿真单个LEDPCB的风扇热性的。


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