一种新的计算LED热量产生的方法分析

   2013-07-11 7220
 截至目前为止,白光LED的热分析一直是一个不完美的科学。 常常LED灯和灯具制造商依靠不足,不准确或无形的数据,以确定他们的应用程序中的LED的散热性能,作为一个结果,可能超过设计自己的散热器设计。
 
该行业的最常用的方法计算功率LED光辐射转换成多少,又有多少热量实际上是产生,墙插效率(WPE)的基础上。 WPE的麻烦是,它可以在同一产品类别的LED器件之间显着变化,因此很难比较LED灯泡和灯具制造商产品。 此外,WPE是经常使用的操作条件下的函数。 本文提供了一个简单的替代估计产生的热量由LED发光效率的基础上辐射(LER)。 可续年期国家的最先进的,荧光粉转换白光LED仍然相当稳定,使灯具设计师使用这个指标迅速逼近,这是由LED产生的热量。
LED和散热
LED和散热
在热模拟中,LED是有时建模为简单的电阻加热器进入一个LED的电功率被转换成热,然后,反过来,从灯具消散。 这个假设的问题是,它是过于保守:荧光粉转换白光LED亮度高,现在通常转换传入的电力的30%,皇家蓝色LED转化为光,而转换效率可以达到50%以上。 因此,总的功率量,高亮度发光二极管被作为热量耗散往往远低于进入的LEDs的总电功率。
 
如果这减少热量产生能力没有正确占热模拟,预测的温度在所得到的灯具将过高时,将需要一个更复杂的,更昂贵的散热器设计。 这是特别重要的,在这些应用程序中大量的热量(5W-10W)从一个小的PCB板和机械约束的散热片,如加装LED灯泡要消散。 为了评估一盏灯或灯具栈的热性能,设计者必须正确占到多大比例传入的电力转换成光,并转换成热能的百分比。
 
目前,LED产业往往依赖于一个指标叫墙插效率(WPE)估计一个LED所产生的热量。 WPE的被定义为进入LED的总电功率除以由LED发射的总辐射功率的比例。 因为WPE是依赖于额定磁通和电压的LED和实际的驱动电流和结温是一个强大的功能,它可以在同一产品类别的LED器件之间显着不同。 因此,很难定义一个单一的“典型的”WPE的值,以提供足够的精度,在热评价在不同的驱动条件,焊剂和纸槽电压为特定的LED产品类别的组合。
 
辐射的光效
相比较而言,辐射的发光效率(LER)是一个引人注目的替代WPE做LED应用的热评估时。 另一个LED的性能指标中,LER量化多么出色的光源产生可见光。 更具体地,LER定义为总的明视相同的源所发射的总辐射功率(以瓦特为单位)除以由光源发射的光通量(流明)。 可以很容易地用于LED的LER值是来自于辐射的光谱功率分布,通常发布的LED的数据表中(参见图1)。 WPE不同的是,LER不会有很大差异根据额定磁通和电压的LED或实际的驱动电流和结温(参见图2和图3)。 一旦已知LERis的的值,由LED产生的总热量可以计算如下: 
 
LED和散热公式
 
其中“菱形符号”的LER值,为所考虑的LED,LED的驱动电流,LED的正向电压在操作条件下,在操作条件下的LED的总光通量。 例如,考虑一个荧光粉转换白光LED具有典型LER值300lm/Wrad的。 现在假定,该指示灯供电的驱动电流的电流为1000mA,导致光通量为300LM和2.9V的正向电压。 此LED所产生的热的总量是根据上面的公式,然后1.9W。
 
由于最近的进步,在生产过程中的荧光体转换的白色LEDs已启用准确的色点在相同的产品类别之内的LED控制,LER值是在同一个产品系列的LED更加一致。 事实上,领先的制造商,如飞利浦Lumileds公司,提供出色的色彩控制,为他们的最新的照明级LED的一个3阶麦克亚当椭圆内。 这使得制造商来定义一个典型LER值即是代表同一产品家族内所有的LED,瞄准一个特定的色温。
 
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