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LED产生热量的原因和LED散热技术

时间:2014-07-28 来源:http://www.kacled.com/ 点击数:

我们购买的LED,不管功率大小,都是会产生热量的,那么为什么LED会产生热量?散热技术一般用的是哪些?这里我们来简单探讨下。

半导体发光二极体(LED)在工作期间也会产生热量,其多少取决于整体的发光效率。在外加电能量作用下,电子和空穴的辐射复合发生电致发光,在PN结附近辐射出来的光还需经过芯片(chip)本身的半导体介质和封装介质才能抵达外界(空气)。

LED究竟有没有热量产生
LED在正向电压下,电子从电源获得能量,在电场的驱动下,克服PN结的电场,由N区跃迁到P区,这些电子与P区的空穴发生复合。由于漂移到P区的自由电子具有高于P区价电子的能量,复合时电子回到低能量态,多余的能量以光子的形式放出。发出光子的波长与能量差Eg相关。一只半导体二极体,电子在进入半导体区到离开半导体区的全部路程中,都会遇到电阻。简单地从原理上看,半导体二极体的物理结构简单地从原理上看,半导体二极体的物理结构源负极发出的电子和回到正极的电子数是相等的。普通的二极体,在发生电子-空穴对的复合是,由于能级差Eg的因素,释放的光子光谱不在可见光范围内。

本质上,LED依然是一只半导体二极体。因此,LED在正向工作时,它的工作过程符合上面的叙述。它所它所消耗的电功率为:
P LED = U LED × I LED
式中:U LED是LED光源两端的正向电压
I LED是流过LED的电流
这些消耗的电功率转化为热量放出:
Q=P LED × t
式中:t为通电时间

实际上,电子在P区与空穴复合时释放的能量,并不是由外电源直接提供的,而是由于该电子在N区时,在没有外电场时,它的能级就比P区的价电子能级高出Eg。当它到达P区后,与空穴复合而成为P区的价电子时,它就会释放出这么多的能量。 Eg的大小是由材料本身决定的,与外电场无关。外电源对电子的作用只是推动它做定向移动,并克服PN结的作用。

LED的产热量与光效无关;不存在百分之几的电功率产生光,其余百分之几的电功率产生热的关系。透过对大功率LED热的产生、热阻、结温概念的理解和理论公式的推导及热阻测量,我们可以研究大功率LED的实际封装设计、评估和产品应用。

散热对LED来说是很重要的
一般来说,LED灯工作是否稳定,品质好坏,与灯体本身散热至关重要,目前市场上的高亮度LED灯的散热,常常采用自然散热,效果并不理想。LED光源打造的LED灯具,由LED、散热结构、驱动器、透镜组成,因此散热也是一个重要的部分,如果LED不能很好散热、它的寿命也会受影响。

LED散热的方法
铝散热鳍片
这是最常见的散热方式,用铝散热鳍片做为外壳的一部分来增加散热面积。

导热塑料壳
在塑料外壳注塑时填充导热材料,增加塑料外壳导热、散热能力。

表面辐射散热处理
灯壳表面做辐射散热处理,简单的就是涂抹辐射散热漆,可以将热量用辐射方式带离灯壳表面。

空气流体力学
利用灯壳外形,制造出对流空气,这是最低成本的加强散热方式。

风扇
灯壳内部用长寿高效风扇加强散热,造价低,效果好。不过要换风扇就是麻烦些,也不适用于户外,这种设计较为少见。

导热管
利用导热管技术,将热量由LED芯片导到外壳散热鳍片。在大型灯具,如路灯等是常见的设计。

液态球泡
利用液态球泡封装技术,将导热率较高的透明液体填充到灯体球泡内。这是目前除了反光原理外,唯一利用LED芯片出光面导热、散热的技术。