LED-valoputken lämmönhävikintä
Ihmiset kiinnittävät yhä enemmän huomiota LED-merkkien lämmön haihtumiseen. Tämä johtuu siitä, että LED-valojen tai niiden käyttöiän valo hajoaminen liittyy suoraan sen liitoslämpötilaan. 10 °C:n laskeminen pidentää käyttöiän 2-kertainen. Creen vapauttaman valonvajauksen ja liitoslämpötilan välisestä suhteesta (kuva 1) voidaan nähdä, että jos liitoslämpötilaa voidaan hallita 65 °C:ssa, valonvajauksen käyttöikä 70 prosenttiin voi olla jopa 100 000 tuntia! Tästä pitkäikäisyydestä ihmiset haaveilevat, mutta voidaanko se todella saavuttaa? Kyllä, niin kauan kuin lämmönhävikintäongelma voidaan hoitaa vakavasti, se on mahdollista tehdä! Valitettavasti LED-valojen todellinen lämmönhävikintä on kaukana tästä vaatimuksesta! Tämän seurauksena LED-putken käyttöiän on tullut merkittävä sen suorituskykyyn vaikuttava ongelma, joten se on otettava vakavasti!
Kuva 1. Valonvajauksen ja liitoslämpötilan välinen suhde
Lisäksi LED-putken liitäntälämpötila ei vaikuta vain pitkäaikaiseen käyttöikään, vaan vaikuttaa myös suoraan lyhyen aikavälin valotehokkuuteen. Esimerkiksi Creen XLamp7090XR-E:n valotehon ja liitoslämpötilan välinen suhde esitetään kuvassa 2.
Kuva 2. Liitoslämpötilan ja valopäästöjen välinen suhde
Jos luminesenssi 25 asteen liitoslämpötilassa on 100%, niin kun liitoslämpötila nousee 60 asteeseen, luminesenssi on vain 90%; kun liitoslämpötila on 100 astetta, se laskee 80%: iin; 140 asteessa se on vain 70%. Voidaan nähdä, että on erittäin tärkeää parantaa lämmön haihtumista ja hallita liitoslämpötilaa.
Lisäksi LED-valojen lämpö saa sen spektrin liikkumaan; värilämpötila nousee; etuvirta kasvaa (kun virta syötin vakiojännitteellä); myös kääntövirta kasvaa; lämpöstressi kasvaa; fosfori epoksivastin ikääntyminen kiihtyy jne. Ongelmia on erilaisia, joten LED-valojen lämpöhävikinen on tärkein ongelma LED-valoputken suunnittelussa.
LED-sirun lämmönpoiston ensimmäinen osa
1. Liitoslämpötilan syntyminen
LED-valo lämpenee, koska lisättyä sähköenergiaa ei kaikki muunneta valoenergiaksi, vaan osa siitä muunnetaan lämpöenergiaksi. LED-valotehokkuus on tällä hetkellä vain 100lm/W, ja sen sähköoptinen muuntotehokkuus on vain noin 20-30%. Toisin sanoen noin 70 prosenttia sähköenergiasta muunnetään lämmöksi.
Erityisesti LED-liitäntälämpötila johtuu kahdesta tekijästä.
1. Sisäinen kvanttitehokkuus ei ole korkea, eli kun elektronit ja reiät rekombinanssitaan uudelleen, 100% fotoneja ei voida tuottaa. Sitä kutsutaan yleensä "nykyiseksi vuodoksi", joka vähentää kantajien rekombinaatioastetta PN-alueella. Jännitteellä kerrottu vuotovirta on tämän osan teho, joka muunnetaan lämpöenergiaksi, mutta tämä osa ei sisällä pääkomponenttia, koska sisäinen fotonitehokkuus on nyt lähes 90%.
2. Sisäisesti tuotettuja fotoneja ei voida kaikki lähettää sirun ulkopuolelle ja muuntaa lopulta lämmöksi. Tämä osa on tärkein, koska tällä hetkellä niin sanottu ulkoinen kvanttitehokkuus on vain noin 30%, ja suurin osa niistä muunnetaan lämmöksi.
Vaikka hehkulampun valotehokkuus on hyvin alhainen, vain noin 15lm/W, se muuntaa lähes kaiken sähköenergian valoenergiaksi ja säteilee sen ulos. Koska suurin osa säteilevästä energiasta on infrapunaa, valotehokkuus on hyvin alhainen, mutta se ei ole lämmön haihtumisongelma.
2. Lämmön haihtuminen LED-putken LED-sirusta pohjalevyyn
LED-sirun ominaispiirre on, että se tuottaa erittäin suurta lämpöä hyvin pienessä tilavuudesta. Itse LED-valon lämpökapasiteetti on hyvin pieni, joten lämpö on suoritettava nopeimmalla nopeudella, muuten se tuottaa korkean liitoslämpötilan. Jotta lastusta voidaan vetää lämpöä mahdollisimman paljon, LED-sirun rakenteeseen on tehty monia parannuksia.
Itse LED-lastun lämmönpoiston parantamiseksi tärkein parannus on käyttää substraattimateriaalia, jolla on parempi lämmönjohtavuuden. Varhaiset LED-nänyt käyttivät substraattina vain Si-piitä. Myöhemmin se muutettiin safiiriksi substraattina. Safiirisulfaattisen substraatin lämmönjohtavuus ei kuitenkaan ole kovin hyvä (noin 25W/(mK) 100 °C:ssa). Substraatin lämmönhävikin parantamiseksi Cree käyttää piikarbidisenstraattia, jonka lämmönjohtavuus on (490W/() mK)) lähes 20 kertaa suurempi kuin safiiri. Ja safiirin on käytettävä hopealiimaa kiteen kiinteyttämiseen, ja hopealiiman lämmönjohtaminen on myös erittäin huono. Piikarbidin ainoa haittapuoli on, että se on kalliimpi. Tällä hetkellä vain Cree tuottaa LED-jätkiä piikarbidisanstraattien kanssa.
Kuva 3. Safiirin ja piikarbidin substraatin LED-rakennekaavio
Kun se on käyttänyt silikonikarbidia alustana, se voi todellakin parantaa huomattavasti lämmön haihtumista, mutta sen kustannukset ovat liian korkeat ja sillä on patenttisuoja. Viime aikoina kotimaiset valmistajat ovat alkaneet käyttää piimateriaaleja substraattteihin. Koska patentit eivät rajoita piialustaa. Ja esitys on parempi kuin safiiri. Ainoa ongelma on, että GaN: n laajennuskerroin on liian erilainen kuin piin ja se on altis halkeilulle. Liuos on lisätä alumiininitridikerros (AlN) keskelle puskuriksi.
Substraattimateriaalin lämmönjohtavuus W/(m·K) laajenemiskerroin (x10E-6) stabiilisuus lämmönjohtavuuskustannus ESD (antistaattinen)
Piikarbidi (SiC) 490-1.4 hyvä hyvä
Safiiri (Al2O3) 461.9 on yleensä 1/10 SiC
Pii (Si) 1505-20 on hyvä, 1/10 safiiri on hyvä
Kun LED-siru on pakattu, lämpövastus sirusta tappiin on sovelluksen tärkein lämmönkestävyys. Yleisesti ottaen lastun liitäntäalueen koko on avain lämmön haihtumiseen. Eri nimellisvaltuuksiin tarvitaan vastaavat koot. Risteysalue. Se ilmenee myös erilaisena lämmönkestävyydenä. Useiden LED-tyyppien lämmönkestävyys on seuraava:
Tyyppi olki hattu putki piraija 1W pinta hehku
Lämmönkestävyys oK/W150-200508-155
Varhaiset LED-sirut johdettiin sirun ulkopuolelle pääasiassa kahdella metallielektrodilla, tyypillisintä kutsuttiin ф5 tai F5:ksi
