点播网络研讨会

网络研讨会将介绍热瞬态测试的原理,这是一种通过物理测量来描述半导体封装特性的通用方法。

工程边缘

街道照明LED的热流明

物理测试和CFD分析如何帮助开发新型LED路灯

安德拉斯·波普,产品经理,明导国际

n在大多数照明应用中,发光二极管(LED)是迄今为止最有效的光源,因为它们把提供的电能转化为有用的光,以热的形式产生的能量损失比任何其他传统光源都要小得多。紧凑型荧光灯的设计目的是取代白炽灯的作用,但最近白光LED,约40%的能量转换效率,是更换旧灯泡的最佳选择。

说到这里,即使是LED产生的少量热量,如果不能正确地传导并消散到环境中,也会导致问题。LED芯片出现显著的温度升高,从而减少光输出,缩短保质期。因此,适当冷却LED是维持这些光源高流明输出和长寿命的关键。

在汽车前灯或路灯等应用中,在安全最重要的地方,照明标准非常严格。除了规定的空间分布模式外,照明水平也需要持续提供;例如,即使在炎热的夏夜,LED灯具的光通量必须符合严格的照明标准。这就需要对LED的热输出和光输出特性有适当的了解。

有了这些知识,固态照明(SSL)设计师在其基于LED的设计中考虑了热特性,他们更有可能生产具有长期一致的光输出、具有较长使用寿命的灯具。

最新测试标准

从半导体的角度来看,LED是简单的PN连接,所以看起来应该更容易测量,事实上,他们不是。在测量LED的热阻时,必须考虑光发射。作为一个重要的比例(30-40%)的能源供应转化为光。

根据这些效率数据,如果使用提供的电力而不是正确的(加热)功率来计算包装的热阻,热阻值会显著降低,这表明,封装(效率较低的LED)在散热方面比实际情况要好得多。因此,耶稣51-51,一系列最新的LED热测试标准之一,要求在测量LED的热阻时要考虑发射光功率。发光二极管的发射光功率和其他光输出特性(如光通量,颜色,色温)可以在符合CIE127-2007标准的总通量测量环境中精确测量。采用这种方式获得的光功率图,如果在热和辐射测量/光度测量组合装置(如Mentor Graphics T3ster®瞬态热特性和Teraled®总通量测量系统)中对所述LED进行热测试,则可以计算实际热阻。tion.

在Teraled系统中,受测LED的温度可通过温控冷板精确设定为所需值。最近的一个LED热测试标准也建议采用这种测量装置。JESD51-52,它提供了与LED热测量相关的LED光输出测量方法指南。

至于LED元件的热特性,对于封装LED而言,结-壳电阻是最合适的度量标准。这是因为它描述了从PN结处的热产生点到外壳底部的热流路——这正是LED封装设计冷却的方式。一个相对新的标准,Jedec JESD51-14号文件,对于连接至外壳的热阻测量,基于最新的热瞬态测量技术。

该方法采用双界面法,在冷板上测量零件的热阻,该冷板带有或不带有热润滑脂。通过检查两个测量值不同的地方来确定连接到外壳的电阻。需要非常高的测量重复性,因为两次测量的热阻抗曲线必须相同,直到热量开始离开包装并进入包装和冷板之间的热界面。这样可以确保曲线偏离的点是清晰的。这种方法,结合LED热测试标准,为LED封装提供了真正的连接到外壳的热阻。

LED特性综合解决方案

Mentor graphics t3ster瞬态热测试仪使用了jedec jesd51-1电气测试方法静态测试版本的智能实现,该方法允许连续测量结温瞬态。,这也是连接至外壳热阻测量的JESD51-14试验方法的基础,也是JESD51-51标准中提供的LED特定热阻测量指南中的首选试验方法。t3ster和Teraled系统的结合为LED测试提供了一个全面的解决方案,满足上述所有标准的要求。请参阅图1。

T3STER主程序是一个后处理软件,完全支持结盒热阻测量的JESD51-14标准。金宝博滚球专家允许直接从测量中获得的温度-时间曲线重新铸造为”结构功能”(如JESD51-14附件A[1]所述)然后自动确定结盒的热阻值。

因为JESD51-14方法产生了连接到外壳的热阻,作为“副产品“,结构函数逐步逼近到该热阻值,自动提供LED封装的动态紧凑型热模型。可在产品数据表上公布确定的连接至外壳的热阻值。LED封装的自动生成的动态紧凑型热模型可直接应用于如图1所示的Mentor Graphics Flotherm®和FloEFD™工具等CFD分析软件中。金宝博滚球专家

图1。基于LED设计的组件级物理测试和系统级仿真流程

光输出测量的组合(与Teraled等设备一起执行);热瞬态测试允许测量光输出特性作为温度的函数。提供这些数据作为冷板参考温度的函数,对于SSL设计人员将光输出与他们开发的灯具测试点的温度关联起来是有用的信息。但同样的数据也可作为LED结温的函数使用,这是对LED光输出进行正确物理建模所必需的。换言之,得到的光通量-结温关系是热流明计算的基础。

最近,通过在FloEFD仿真工具的LED模块中引入热腔建模功能,实现了基于测试的LED特性建模中最新的量子跃迁。在当今大功率LED通常的正向电流和结温工作范围内,当LED由恒定的正向电流驱动时,光通量的温度依赖性可以通过感兴趣的温度范围内的线性关系很好地建模。所需公式的参数由Teraled View程序自动计算,结果后处理软件的Teraled系统。金宝博滚球专家

热模型和光输出模型共同构成了一个多域LED模型。库中收集的此类模型由FloEFD处理。当设计LED灯具时,LED本身可以从此库中引用。这种方式,““放置”将模型库中的虚拟LED组件引入灯具的MCAD设计中,Floefd提供了第一个热管腔估计值以及有关冷却效果的关键热数据。换言之,冷LED的热流明是在设计阶段的早期获得的。

应用成功

该组件级物理特性和系统级仿真流程已成功应用于匈牙利K_zled项目[2]。该项目的目标是开发基于LED的街道照明灯具。t3ster和teraled测量用于验证LED数据表信息。测量结果也转化为FloEFD LED模型,因此,FloEFD模拟可用于证明基于LED的街道照明灯具系列中最大成员的设计质量。应用的LED均未超过结温的临界值,即使在最热的预期环境条件下,LED的总输出流明也未达到要求的水平。图2和图3显示了项目中设计的最大灯具的FloEFD模拟结果。

图2。FloEFD提供的街道照明灯具的模拟LED连接温度和热流明

通过K_zled项目的成功,证明了Mentor图形的集成t3ster Teraled FloEFD解决方案的成功。在布达佩斯最近翻修的街道上可以找到开发的LED灯具系列,开发的LED路灯系列获得了2012年产品”匈牙利工业奖[3]。

图3。FloEFD提供的基于LED的街道照明灯具的整体CFD模拟结果。

图4。路灯自然对流冷却流程

图5。到主体的自然对流冷却流

参考文献:

  1. jedec标准jesd51-14,“单路热流半导体器件外壳热阻结测量的瞬态双界面试验方法”“
  2. 网址:www.hungarolux.hu/kozled/index.htm
  3. 网址:www.termeknagydij.hu
  4. 最优光学有限公司提供的MCAD模型,匈牙利,布达佩斯理工大学物理特性研究,匈牙利。
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