基于双向热阻模型的光电热一体化理论（英文）

通过双向热阻模型描述LED系统内部双向散热路径,进而构建光电热一体化模型。基于双向热阻模型参数,光电热一体化模型可高精度预测LED系统的结温以及光通量。实验验证结果表明,基于所提出的双向热阻模型的结温计算值和实验值的平均误差在5.3%之内,而采用传统的单向热阻模型的结温计算值和实验值的平均误差达到11.2%。基于双向热阻模型的光电热一体化理论,光通量的计算值与实验值的平均误差在6.3%之内。     

多芯片LED器件热学特性分析

由于芯片之间存在的热耦合效应,多芯片LED器件内部存在复杂热学规律。本文通过多芯片LED热学模型描述多芯片LED器件系统内部热阻支路路径,进而通过有限体积数值计算多芯片LED器件结温。通过本文试验验证,单颗芯片、2颗芯片、3颗芯片以及4颗芯片在负载不同电功率（0.3~1.2 W）情况下,结温的测试值和计算值的最小误差值为0.8%,最大误差值为6.8%,平均误差值为3.4%,计算结果与测试结果基本保持一致,因此有利论证了多芯片LED热学模型可为评价多芯片LED器件热学性能提供重要的参考作用,有助于更全面分析多芯片LED热阻内部芯片之间的热耦合效应。该实验结果为准确预测多芯片LED器件内部结温提供了重要理论依据。     

白光LED智能调光数学模型

LED灯的光通量不仅受电流的影响,还受到结温变化的影响。针对传统LED调光存在只改变电流大小而忽略结温变化对光通量影响所存在的不足,结合LED结温和管脚温度存在特定的关系,利用实验装置采集HL001WY型Ga N基白光LED在不同管脚温度和正向电流下的光通量实验数据并进行二次项趋势回归,利用定标和归一化方法建立光通量、电流以及管脚温度三者变化关系的数学模型。计算结果表明,利用该方法建立的模型得到的计算数值与实验实际测量值的相对误差小于4.5%。     

基于穷举-粒子群算法的大功率LED四热阻模型研究

针对目前LED寿命难以准确评估的问题,从LED热阻出发,将穷举法(Exhaustive Attack method,EAM)和粒子群算法(particle swarm optimization,PSO)相结合,提出了基于穷举-粒子群算法的大功率LED四热阻模型。建立了LED的四热阻模型和系统约束条件,实现了LED热阻系统满足LED计算结温与实际结温差最小的优化目标。实验结果表明:EAM-PSO算法能有效解决LED四热阻计算问题,与LED两热阻模型算法比较,EAM-PSO算法能够更加准确的评估LED寿命。     

大功率LED热阻自动测量方法研究

在没有散热措施的情况下,大功率LED芯片的温度迅速升高,当结温超过最大允许温度时,大功率LED会因过热而损坏。大功率LED灯具设计中,最主要的设计工作就是散热设计。利用LED半导体器件的结电压与结温具有良好的线性关系的特性,通过测量大功率LED工作时的正向压降,工作电流,恒温箱温度和热衬温度,采用的电学参数法,实现了大功率LED热阻的自动测量。设计并制作了大功率LED热阻自动测量仪,快速、准确的测量了LED晶片到热衬的热阻。六种不同规格LED晶片到热衬的热阻测量值与计算值之间的误差小于10%。热阻测量值普遍高于理论计算值,说明LED制造工艺水平还有很大的提升空间。     

基于热阻网络的大功率LED热管散热研究

LED结温高一直是大功率LED发展的技术瓶颈,随着单位热流密度的不断攀升,在自然冷却条件下,单纯的直肋热沉散热方式已不能满足散热要求。应用热管技术设计了热管散热系统,对该系统的传热机理和传热路线进行分析,建立该系统对应的热网络模型,对各部分热阻进行分析与计算,求得总的理论总热阻,计算得出理论结温;同时应用有限元方法对该系统进行仿真分析,对LED模块（0.025 m0.025 m0.005 m）输入30 W 电功率,得出其仿真结温稳定在58.19℃,满足结温小于65℃的要求,说明应用热管的散热系统满足设计要求。由热阻网络模型计算得出的理论结温为57.43℃,与仿真结果相差0.76℃,其误差仅为1.31％,验证了理论分析计算的正确性,对实际工程中热设计具有指导意义。     

基于光-电-热-寿命理论的LED寿命预测模型

LED的输出光通量、输入电功率、结温以及寿命之间互相影响、紧密联系。在设计、使用LED时需要综合考虑各个参数才能使LED工作在最佳状态。针对LED提出了光-电-热-寿命理论,该理论揭示了LED的输出光通量、输入电功率、结温以及寿命这4个参数之间的内在联系。使用该理论可以建立LED寿命预测模型,找到LED的输出光通量和寿命之间的关系式,根据该关系式可以预测LED的寿命,评估LED的可靠性。由此可以找到合适的LED工作点,兼顾LED输出光通量和LED寿命,实现LED在全生命周期内输出光通量最大,从而达到优化LED工作状态的目的。     

离子风作用下LED光热关联特性研究

LED芯片结温对其光电性能影响很大,因此需要一种有效的热管理方式。设计一种"针-网"式离子风散热器,通过实验研究了电晕放电产生离子风在LED前照灯冷却中的应用,探讨了热学和光学性能之间的关联机理。结果表明,使用离子风散热技术可以有效降低LED芯片结温,削弱色度坐标的红移,减缓光通量的衰减速度;LED光源的两个重要颜色指标相关色温(CCT)和显色指数(CRI)在离子风作用下均不会有明显变化;当放电功率为2 W时,将获得更加对称和均匀的光分布。验证了离子风散热技术用于大功率LED前照灯散热的可行性。     

一种计算DIP芯片结温的热阻模型

本文建立了一种计算塑料DIP(双列直插式封装)芯片结温的解析热阻模型,该模型根据DIP封装结构的散热途径建立.模型中的每一热阻均能通过较为简单的解析式进行计算,这与采用实验或数值模拟方法计算热阻的其他模型不同.利用该模型计算得到的一种塑料DIP芯片的结温与数值模拟得到的结温误差在±10%以内.     

基于发光二极管光源的光电高温计非线性研究

光电高温计的非线性是复现和传递国际温标的主要不确定度贡献项之一。基于光通量倍增原理,采用中心波长645nm的高亮度发光二极管(LED)光源,建立了新的光电高温计非线性测量系统。利用LED开关供电方式,取消光闸门设计,避免了光路多次反射引入的非理想性。实验研究了阶跃电流供电条件下LED光源的光谱辐射亮度漂移特性,确定了不同供电电流下的初始非线性漂移的结束时间。设计了具有固定相位差的双LED脉冲供电电流和半透半反双光源亮度叠加方案。选择LED线性漂移阶段测量光电高温计的非线性,利用测量序列互换模型消除两LED线性漂移差异的影响,并进行了实验验证。实验测量了用于温标传递的光电高温计RT9032的非线性特性。     

高显色指数白光LED光源的研究

根据光源混合原理和模拟黑体轨迹的Chebyshev法,推导了三通道脉冲宽度调制(PWM)占空比与色坐标、光通量、相对色温之间的关系式,同时确定调光约束条件。在上述推导公式基础上,设计出一种智能调光控制系统,该系统通过手机客户端分别控制暖白/绿/蓝3种LED光源模组,实现高显色指数R_a下混合白光的调光调色。实验结果表明:设置光源色温为3 600 K时,光通量在600 lm之内,设定值与测试值最大误差为0.74%;当光源光通量设定为300 lm时,色温在[3 200, 7 600]之间连续可调,其最大误差为1.82%,且光通量波动小于4%;混合光源具有较高的显色指数,在调光范围内,一般Ra在90以上,最大可达95.3。     

白光LED封装材料对其光衰影响的实验研究

为了确定不同封装材料对白光LED光衰等性能指标影响的程度,进行了不同材料支架、不同种类固晶胶,以及不同厂家荧光粉及配粉胶的对比试验。试验发现,使用铜支架比铁支架LED的光效高,在第8周时光衰比铁支架低10％;使用银浆固晶比用环氧树脂寿命长,但初始光通比环氧树脂低近1／3;不同厂家的荧光粉对白光LED光衰的影响程度不同;使用环氧树脂作为配粉胶比用硅胶寿命短,但初始光通量相对高出25％。分析认为,主要是由于不同固晶胶和支架使PN结至支架之间的热阻发生了变化,不同配粉胶在LED封装过程中烘烤温度不一样,以及荧光粉本身具有光衰特性导致了白光LED产生不同程度的光衰。因此,在进行白光LED的封装设计、制造过程中,应根据用户对初始光通量、光衰以及色温漂移等参量的重视程度综合考虑并选择相应的封装材料．     

变角度色度和LED单管光色多用校准装置研制

采用二维自动转动控制结合伺服电机、传感器及测量软件等设计了一种可实现光源和物体的表面空间变角度光度、色度等参数测量的多用校准装置,解决了目前LED单管、显示器和标准色板等三类产品光度色度参数需使用独立测量装置的问题。结果显示可完成LED单管总光通量、CIE条件A/B场平均发光强度、等光强/照度曲线、小尺寸显示器光度色度和物体表面变角度色度等参数的测量。平均发光强度、总光通量、Y值和色品坐标与标准值偏差分别为:-1.8%、1.5%、0.9和0.005,该装置测量精度高、功能切换方便、自动化水平高、操作简单,达到设计要求。     

交流发光二极管热特性的模拟分析

由于交流发光二极管(AC-LED)在实际应用中无需交流/直流整流变压器,它的发展越来越被关注。随着器件功率的增大,芯片结温升高,对器件的光通量、光功率及寿命等产生负面影响,所以精确掌握AC-LED的温升规律就成为芯片设计的关键。运用FloEFD有限元软件进行模拟仿真1 W白光AC-LED分别在直流和交变功率驱动下的瞬态热特性,结果表明在加载交变信号情况下,器件结温会以直流信号的结温为中心周期振荡,振荡的频率与输入功率频率相同,但有明显的相位移动。同时,AC-LED在不同的输入功率和频率下的结温变化显示稳态时的平均结温和结温振荡幅度都随功率的增大而线性上升,但随着频率的增大而降低。     

多芯CSP-LED芯片间距对热拥堵的影响

在铝基板上贴片了不同间距的四颗芯片级封装发光二级管(CSP-LED)模组,测试了不同贴片间距CSP-LED模组的EL光谱、流明效率、光通量、相关色温等光电参数。结果显示,在小电流(20~400 mA)下,随着注入电流的增大,不同排布间距的蓝、白光样品的光电性能基本呈现相同的变化规律,即光通量、光功率呈线性增长,光效基本保持稳定;在大电流(1~1.5 A)下,随着芯片间排布间距减小,EL光谱积分强度降低,色温升高,红色比下降,排布间距为0.2 mm的光通量衰减了84.58%,相比之下排布间距为3 mm和5 mm的光通量衰减明显减缓,分别为8.96%和3.58%,这些现象与禁带宽度、热应力、非辐射复合等因素有关。结果表明,CSP白光LED光通量衰减主要是荧光粉退化导致的,考虑到实际生产成本问题,排布间距为3 mm时,有利于热量散出,进而提高LED光电性能特性及其自身的使用寿命。     

功率型白光LED的非线性混合调光方法

分析脉冲宽度调制(PWM)双通道输出白光LED的混合调光方法,建立PWM与混合光源输出的光通量和色温之间变化关系的非线性数学模型。基于Zig Bee无线通信模块CC2530作为双路PWM输出,控制以SN3350为核心的LED恒流驱动电源,完成占空比可调的暖白和冷白两路白光LED的色温和光通量混合调光控制系统设计,并通过高精度快速光谱辐射计HAAS-2000测试系统进行测试。实验结果表明,双路PWM能够较好地实现对LED色温和光通量的输出大小进行控制,混合光源相关色温在3 250~15 000 K范围内连续可调。理论计算与系统控制的光通量和色温存在的相对误差分别小于1.70%和8.50%。     

LED感应局部加热封装试验研究

采用感应局部加热技术,对大功率发光二极管(LED)封装进行了试验研究。结果表明,由于感应加热对材料和结构具有选择性,封装过程中仅Cu-Sn合金焊料层加热,实现了芯片和覆铜陶瓷基板间的热键合。封装后的LED性能测试表明,该封装技术不仅降低了热阻,使LED在高电流下(4倍电流)仍能保持较低的工作温度,而且降低了热应力和整体高温对芯片结构的损坏,提高了器件性能和可靠性。