文档介绍：LED的结温
接触大功率LED已经很多年了,最近因为和日本日亚打交道,我又发现了一个可能被忽视的事实。那就是LED核心结温对光通量的影响是巨大的。我们通常说,CREE XML2 U2级是在700mA电流下发出300-320Lm 光通量,于此对应,U2 bin 的最大光通量对应的是3000mA时约是1070lm,因此很多玩家说满载的U2光通量达到1100流明。我们这些DIY卖家都这样标称自己的产品,当然了,某些淘宝卖家号称2000流明的也有在此不讨论。
但是上述标称必须有一个前提,那就是LED结温是25度。CREE的规格书也是写的在25摄氏度下的光通量。但是,显而易见,咱们手电上用LED的主动散热方案,怎么降温也不可能让LED在25度下工作的。一般如果达成热平衡后,外壳都有40度以上的温升。那么,外壳就有60度了,那么,LED核心的结温是多少呢?我认为不低于100度。
那么,100度和25度结温下,LED光通量到底有多大区别?请看日本人做的模型。这一点我还是很佩服日本人的,做事很谨慎,严谨。他们标称的光通量都是对应实际结温的。
请看上表是2种规格的LED,在25度结温时候,2000毫安电流下的光通量分别达到535和406流明。再看下表,120度结温情况下的:
在120摄氏度的结温的情况下,2000mA下最大光通量已经下降为431和328流明。
经过对比,我们可得知,在120度时候,2000mA电流下的光通量已经下降到25摄氏度的 431/535*100%=%, 328/406*100%=%.
因此,实际上,在手电上使用的时候,我们得到的光通量可能只有标称值得80%! 这一事实可能长期为大家忽视,标称1000流明的LED,.
对比不同结温下的数值,也可以得到LED光通量和结温温度的线性关系,那就是其他条件相同时,核心结温越高,,我们还应知道,.
这个事是我在开发高显色手电时候发现的,为尽可能降低核心温度,我们在LED基板上努力挖掘了一下子,,因为厂家下料时候搞错了,我定的20mm基板被他们给做成了铝的,而16mm就是铜的。我们也正在对两种材料进行对比。
结温指半导体元件内部的温度。在led 中是指芯片内发光层(pn结间设置多重量子阱构造的位置)的温度。LED芯片 的发光层在点亮时温度会上升。一般情况下,结温越高,发光效率就越低。LED随着输入电流的增加尽管光通量会提高,但发热量会变大。由此会出现发光层的温度(结温)升高而使发光效率降低,功耗增加,从而使结温进一步上升的恶性循环。通过降低LED芯片封装及该封装安装底板的热阻,使芯片产生的热量得以散发,避免结温上升等改进,可以提高亮度。
结温为:热阻×输入电力+环境温度,因此如果提高接合温度的最大额定值,即使环境温度非常高,LED也能正常工作。例如,在白色LED中,有的LED芯片品种的可容许接合温度最高达到+185℃。接合温度可因LED的点亮方式而大为不同。例如,脉冲驱动(向LED输入断续电流驱动,间歇点亮)LED时,结温就不容易上升,而连续驱动(向LED输入稳定电流驱动,连续点亮)LED,结温就容易上升。
 
芯片蓄热的话光强就会降低
白色LED配备的LED芯片的发光层在点灯过程中温度会上升。一般情况下,如果被称为结温的发光层部分的温度上升,发光效率就会降低,即使输入电力也不亮。通过降低LED芯片封装和封装底板的热阻,散发芯片上产生的热量,设法使结温不上升,能够使发光更亮。(图根据德国欧司朗光电半导体的资料制作)
如果使用提高了结温最大额定值的LED芯片,在安装使用时能够获得很多优点。例如,由于增加了输入电力,可提高输出功率。还可以缩小底板的散热片等。
測算LED結溫需要已经把LED安装到散热器里,并且是采用LED恒流驱动器作为电源。同时要把连接到LED去的两根线引出来。在通电以前就把电压表连接到输出端(LED的正极和负极),然后接通电源,趁LED还没有热起来之前,马上读出电压表的读数,也就是相当于V1的值,然后等至少1小时,等它已经达到热平衡,再测一次,LED两端的电压,相当于V2。把这两个值相减,得出其差值。再被4mV去除一下,就可以得出LED结温了。
实际上,LED多半为很多个串联再并联,这也不要紧,这时的电压差值是由很多串联的LED所共同贡献,所以要把这个电压差值除以所串联的LED数目再去除以4mV,就可以得到其结温。例如,LED是10串2并,第一次测得的电压为33V,第二次热平衡后测得的电压为30V,电压差为3V