LED的電學、熱學及光學特性研究

　　5. 應用實例

　　我們研究了如圖8 所示的RGB LED 模塊。模塊中的三個LED 采用的都是標準封裝。甚至在此例中綠光LED 和藍光LED 的結的結構都是非常相似的。

圖8：研究對象LED 模塊

　　5.1 測試

　　我們不但進行了單獨的熱瞬態測試還進行了熱-光協同測試。熱瞬態測試在JEDEC 標準靜態測試箱和附加冷板兩種不同的條件下進行。圖9 顯示的是在冷板（Gdriv_CP）上和在靜態測試箱（Gdriv）中測得的綠光LED 在驅動點附近的熱阻特征。在圖中可以看到在什么溫度下以及在熱阻值是多少時，熱流路徑產生分離。這個測試結果驗證了我們前面的論述：在LED 封裝內部可以假設熱沿著唯一的通道從結流向其熱沉。

　　圖中同樣可以讀出在靜止空氣中的對流熱阻。在使用冷板時，對流的作用可以忽略不計。GtoR 和GtoB 是用綠光LED 做加熱驅動時測量的紅光LED 和藍光LED 特性曲線。

　　圖9：在靜態測試箱和冷板兩種條件下測得的LED 模塊的熱阻特性曲線（用綠光LED 做加熱熱源，同時測量了三個LED）

　　我們還在積分球中進行了LED 發光效率的測試。發現綠光LED 的發光效率會隨著冷板溫度的升高而下降，這與圖6 顯示的情況類似。

　　LED 封裝的DCTM 模型可通過2.1 節中講到的流程來生成，此模型可用于LED 的板級熱仿真分析。對于用于電-熱仿真工具的LED 模型，模型中的電模型部分用的是標準化的LED 電模型，其參數應根據實際LED元件的特性參數來確定。

　　5.2 仿真

　　我們建立了這個包含三個LED 封裝的LED 模塊的熱模型：用3*3mm 的方塊來代替實際器件圓型的管腳，在笛卡爾坐標系中即可建立LED 模塊的近似幾何模型。如下圖所示的考爾型RC 網絡模型即是我們用來描述LED 封裝的DCTM 模型。

　　把三個LED 封裝安裝在面積為30*30mm^2、厚度為2.5mm 的鋁基板上構成我們研究的LED 模塊。通過把模塊安裝到冷板上進行測試，我們已經得到了模塊的熱模型。為了驗證模型的準確性，我們在靜態測試箱這個環境下對LED 模塊進行了仿真分析，而前面我們也已經完成了靜態測試箱環境下的測試工作。通過仿真與實測的對比即可驗證模型的準確性。

圖10：用綠光LED 做加熱熱源時，處于靜態測試箱中的三個LED 的熱阻特性曲線

　　圖11：綠光LED 做加熱熱源時，表示處于靜態測試箱中的LED 模塊驅動點的熱阻特征的時間常數的實測結果（上）和仿真結果（下）

　　從圖10 中我們可以看出仿真得出的熱阻特性曲線和圖9 中所示的實測曲線非常相近。仿真同樣也準確預測了綠光LED 與其他兩顆LED 之間的熱延遲現象：藍光和紅光LED 的結溫在1s 以后才開始升高。從圖11 中表征驅動點的熱阻特性的時間常數來看，測試結果和仿真結果也是高度吻合的。

　　從圖9 同時可以看出，表示封裝內部各組分的時間常數應該位于10s 以內。10s 以外的時間常數表示的是LED 封裝外的散熱環境（靜態測試箱中的MCPCB）。

　　6.小結

　　本文討論了不同結構下LED 以及LED 組件的測試和仿真技術。在測試中，我們成功的應用了一種熱-光協同測試方法，用這種方法可以分辨出在LED 工作時真正起到加熱LED 結的熱量的大小。同樣的測試設置，還可用來測LED 的發光效率以及它的一些基本電學參數，這是因為這些參數都是其結溫的函數。同時介紹了一種利用熱瞬態測試結果直接生成LED 的CTM 簡化熱模型的方法。
文中成功的把芯片級的電-熱協同仿真方法推廣到了板級仿真。在進行板級仿真時，成功的應用了LED封裝的CTM 模型。

　　7 .聲明

　　本文的部分工作受到了匈牙利政府AGE-00045/03 TERALED 項目的資助。