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散热规划延伸LED使用寿命 散热资料该怎么挑选和运用?
来源:http://www.bmheimei.com 编辑:博天堂手机登录 2018-04-11 07:50

  

  开发人员能够经过有用的散热办理来进步LED的功率和运用寿数,但JADE BRIDGES解说说,精心挑选散热资料和运用办法至关重要。

  LED职业是开展最快的技能职业之一。尽管LED运用于许多电子设备中已多年,可是近来更多的大功率LED运用于各种照明、轿车(图1)、招牌和家用电器产品中,数量不菲。依据LED的照明十分牢靠,但牢靠性取决于组件周围杰出的散热规划。本文将介绍怎么细心挑选散热资料以及了解怎么运用这些资料。

  

  

图1. 轿车LED大灯运用不只要求杰出的散热,而且要求能一起维护好LED灯

  LED作为卤素灯、白炽灯和荧光灯照明体系的替代品,其照明商场的开展将是很可观的。LED的添加归功于LED在适应性、寿数和功率方面优于传统照明方式。LED有更多的规划自由度,供给十分长的运用寿数,而且也适当高效,能将大部分能量转换成光,然后最大极限地削减宣布的热量。

  发作热量

  可是,LED仍然在半导体结处发作显着的热量。这种热量可对LED发作晦气影响,因而有必要进行散热,以保证完成固态照明(SSL)的真实优势。LED一般经过色温进行分类,商场上有许多不同色彩的变体。

  假设LED的作业温度发作改动,其色温也会发作改动。例如,白光的温度升高,可导致LED宣布较暖的CCT。别的,散热资料该怎么挑选和运用?假如在相同阵列中的LED上存在芯片温度的改动,则可能发射必定规模的色温,然后影响终端照明产品的质量和外观。

  如表1所示,坚持LED的正确芯片温度不只能够延伸运用寿数,而且还能够发作更多的光;因而,能够只需求少数量的LED就能够完成希望的作用。作业温度的升高可能会对LED的功能发作负面的影响,但这种影响是能够康复的。可是,假如超越结温,特别是高于LED(120-150℃)的最高作业温度,则可能会发作不行康复的影响,导致彻底失效。

  

  

表1. 如CREE XLamp LED的特性所示,LED功能随温度的改动而改动。

  实际上,作业温度与LED的寿数直接相关;温度越高,LED寿数越短,如图2所示。LED驱动器也是同理,其寿数是由电解电容器的寿数决议。经过核算,能够断定,作业温度每下降10℃,电容器的寿数添加一倍。因而,保证有用的散热办理可为LED阵列供给共同的质量、外观和运用寿数,然后为不断开展的职业拓荒进一步运用的时机。

  

  

图2. 曲线记录了Cree XLamp LED在350 mA驱动下的结温与寿数间的联系。

  导热缓解

  有许多办法来改进LED产品的散热办理,有必要挑选正确类型的导热资料,以保证完成所需的散热作用。在资料范畴,产品规模从供给散热和环境维护的导热封装树脂到用于进步导热功率的导热接口资料。

  导热接口资料是规划用于填充器材和散热器之间空隙的化合物,然后下降两者之间鸿沟处的热阻。这种资料会加速热丢失,下降设备的作业温度。固化产品也可用作粘合资料。实例包含硅氧烷RTV(室温硫化)或环氧化合物。资料的挑选一般取决于所需的粘合强度或作业温度规模。

  导热的另一个挑选是运用导热封装树脂。这些产品规划用于供给对设备的维护,一起还让设备内发作的热量宣布到周围环境中。散热妨碍消除 LED将迎来“爆发式,在这种状况下,封装树脂变成散热器,并将热能从设备传导出去。这些产品可用于LED设备上,而且还能够依据所挑选的色彩协助从单元内进行光提取。

  封装树脂还包含运用导热填料;可是,能够改动所运用的根底树脂、硬化剂和其它添加剂,以供给广泛的挑选,欧司朗白光LED亮度功率双双创新高包含环氧树脂、聚氨酯和硅树脂化学品。不同的化学资料将供给一系列的特点,每个都应该考虑到终究的运用需求。

  封装资料选项

  例如,聚氨酯资料供给优异的柔韧性,特别是在低温下,相关于环氧树脂类来说是一个首要长处。有机硅树脂也能够在低温下供给这种灵活性,并供给优异的高温功能,超越其他现有的化学成分。有机硅产品一般也更贵重。

  环氧树脂类十分巩固,在各种恶劣环境中供给杰出的维护。它们是具有低热膨胀系数的刚性资料,而且在一些状况下能够在产品中参加必定程度的柔性。封装树脂的参加能够为各种运用发作很多的具有定制功能的产品;因而,主张与相关资料供货商具体评论运用。

  运用特点

  不论挑选的散热产品的类型怎么,还有一些要害特点也有必要考虑。这些能够是适当简略的参数,例如设备的操作温度、电气要求或其他约束条件,如粘度、固化时刻等。

  其他参数关于设备来说更为重要,而只是一个数值可能不足以选定正确的产品。 热导率是一个首要的比如。热导率单位为瓦/米·度(W/m·K),代表资料的热传导才能。堆积导热率值建立在大多数产品数据表上,能够很好地反映预期的热传导水平,然后能够比较不同的资料。

  可是,只依靠堆积导热率值不必定会有最有用的热传递。

  热阻的单位是K·m2 /W,是热导率的倒数,它考虑了界面厚度。尽管衡量规范取决于触摸面和施加的压力,可是能够遵从一些一般规矩来保证热阻值最小,然后将传热功率最大化。

  例如,比较在界面处运用的传热化合物,金属散热器具有更高的热导率,所以只需求运用薄薄的一层该化合物。在这种状况下,添加厚度只会添加热阻。运用图3中的公式,就能够比较出运用50 μm的热胶和0.5毫米厚度的导热垫发作的热阻差异。因而,较低的界面厚度和较高的热导率能够最大程度地改进热传递。

  

  

图3. 了解热阻公式是挑选最佳热资料时所必需的。

  运用办法

  咱们在产品挑选中需求考虑另一个重要因素 - 散热办理资料的运用。 不管是封装化合物仍是界面资料,导热介质中的任何空隙都会导致散热速率的下降。

  关于导热封装树脂来说,成功的要害是保证树脂能够在单元周围活动,包含进入任何小空隙。这种均匀的活动有助于去除任何气隙,并保证在整个单元中不发作热量。为了完成这种运用,树脂需求正确的导热性和粘度。一般,跟着树脂的导热性添加,粘度也添加。

  关于界面资料来说,产品的粘度或运用时可能的最小厚度对热阻有很大的影响。因而,与具有较低堆积导热率、较低粘度的产品比较,高导热性、高粘度的化合物尽管不能均匀地分散到表面上,可是具有较高的耐热性和较低的散热功率值。为了将传热功率最大化,用户需求处理堆积导热率、收入本钱此消彼长 奥拓Q1净利预,触摸电阻、散热规划延伸LED使用寿命运用厚度和工艺。

  表2突出了需求考虑这些要求。经过丈量运用中的发热设备的温度,比较散热的潜在差异。这些成果是依据一名终端用户的作业得出的,其所有产品都是热界面资料,运用相同厚度,运用相同的办法。

  

  

表2. 如Cree XLamp LED所示,导热接口资料特性直接影响LED器材的温度。

  从表中能够清楚地看出,较高体积热导率12.5 W/m·K与较低的1.4 W/m·K比较,不必定会有更有用的散热。这个原因可能是加工办法不适合该产品、该产品不易于运用、或许该产品不是为该特定运用规划的。不管什么原因,它突显了产品运用和产品挑选的重要性;经过找到这两个参数的正确平衡,能够完成最大的传热功率。

  回忆图2LED功能与寿数中的原始数据,并以上述成果为例,能够得出结论:散热办理资料的运用和正确挑选很重要。举表2中的产品#2。在测验运用程序中,将作业温度下降了20%。假如对所评论的LED完成相似的下降百分比,则经过将作业温度从85℃下降至68℃,功率能够大大进步,相似地,寿数从95000小时进步到12万小时。这是一个很大的改进。

  可是,当您将把上面的状况与表2中的产品#4进行比较时,经过下降更多的作业温度,能够将功率进步大于3%,寿数从95000小时添加到14万小时。因而,经过挑选正确的产品并运用最佳工艺,用产品#4替代产品#2时,寿数能够进一步进步15-20%。

  跟着电子工业的迅速开展,更具体地说在LED运用中,资料技能也有必要满意越来越高的散热要求。该技能现在也被转移到封装化合物中,为产品供给更高的填料负载,然后进步导热性以及改进活动性。(编译: James)

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