Led器件的結溫溫度和熱功率的預測方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及LED系統光性能與熱性能預測技術領域，特別是涉及一種LED器件的 結溫溫度和熱功率的預測方法。
【背景技術】
[0002] 隨著半導體技術的發展，大功率LED系統的性能得到了很大程度的提高。大功率 LED系統將有望并逐漸成為可以取代白熾燈和熒光燈的照明光源。到目前為止，LED燈的效 率已經遠遠超過白熾燈，并正在逐漸趕上和正在努力超過熒光燈，它已經成為一種新型的 綠色照明光源。與熒光燈相比，LED燈有很多優點，例如容易調光、不需要惰性氣體來產生 等離子體、穩定性強、不易碎等。然而，雖然LED燈有這么多優點，但目前它的應用仍然局限 于中低功率場合，如裝飾、顯示、手電筒、汽車前燈等中低功率場合，在公共照明領域，LED燈 還不能完全取代熒光燈。
[0003] 現如今，大功率LED器件正逐漸走入公共照明領域。與傳統氣體放電燈相比，LED 有很多優點，例如高效率、高抗震性能、長壽命等等、低能量消耗等等。在不遠的將來，LED 器件將有望成為最受歡迎的照明光源。與氣體放電燈不同，LED器件幾乎不發射紅外和紫 外光。注入到LED器件的電功率除了產生有用的可見光外，剩余部分將全部用于產生熱能。 然而，作為一種固態半導體器件，這部分熱能只能通過傳到和對流來消散，而不能通過輻射 的方式。因為，散熱及熱效應分析將是LED照明領域中一個重要的研宄方向。其中預測LED 結溫溫度和散熱功率是一個重要環節。
[0004] 目前，研宄學者們已經提出了幾種預測結溫溫度的方法。其中，一些方法是依賴于 尋找溫度敏感系數。如：峰值波長方法，總輻射能量與藍色光的輻射能量之比的方法，前置 電壓方法等等。另外，一些方法則依賴于特殊的實驗設置，這些技術包括：熱圖像方法，拉曼 光譜方法，和向列液晶方法。
[0005] 對于目前所存在的預測LED器件的結溫的方法的缺陷和不足是：第一組方法，即 依賴于尋找溫度敏感系數的方法，此種方法在尋找溫度敏感系數的時候，需要大量的事先 校準工作，這樣就使得預測工作變得繁瑣。第二組方法，即依賴于特殊實驗設置的方法，它 們都需要昂貴和精細的實驗設備和專業的測量方法，這使得第二組方法并不能廣泛應用于 工業中。
[0006] 另外，對于熱功率預測的研宄方法還不多，較為常見的就是通過尋找LED器件的 熱消耗系數和LED器件的熱阻來預測熱功率。
[0007] 因此，針對上述技術問題，需要提出一種LED器件的結溫溫度和熱功率的預測方 法。

【發明內容】

[0008] 有鑒于此，為了解決現有的不足，本發明提供了一種LED器件的結溫溫度和熱功 率的預測方法。
[0009] 為了實現上述目的，本發明實施例提供的技術方案如下：
[0010] 一種LED器件的結溫溫度的預測方法，所述方法包括以下步驟：
[0011] Sl、計算用于描述LED器件溫度系數(^的第一特性參數cti和第二特性參數ct。，所 述溫度系數Ct為驅動電流恒定時能量轉換效率nJl結溫溫度h下降的斜率，也為能量轉 換效率n￥隨LED器件外殼溫度T。下降的斜率；
[0012] S2、計算LED器件的第三特性參數cdP第四特性參數C。；
【主權項】
1. 一種LED器件的結溫溫度的預測方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟： 51、 計算用于描述LED器件溫度系數(^的第一特性參數c ti和第二特性參數c t。，所述溫 度系數ct為驅動電流恒定時能量轉換效率τι Jl結溫溫度h下降的斜率，也為能量轉換效 率η ￥隨LED器件外殼溫度T。下降的斜率； 52、 計算LED器件的第三特性參數(^和第四特性參數c。； 53、 根據公式
，輸入不同電流下的能量轉換效率nw，預測在 任何電流下的LED器件的結溫溫度Tj，其中，T。為恒定結溫。
2. 根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟Sl具體為： 511、 測量LED器件電流I1下的溫度系數c tl，溫度系數Ctl為電流I 能量裝換效率 nw-LED器件外殼溫度T。直線的斜率； 512、 測量LED器件電流I2下的溫度系數c t2，溫度系數ct2為電流I 2下能量裝換效率 nw-LED器件外殼溫度T。直線的斜率； 513、 將電流I1和溫度系數c tl、電流I2和溫度系數c t2分別代入公式c t= c tilnl+ct。中， 計算第一特性參數Cti和第二特性參數c t。。
3. 根據權利要求2所述的方法，其特征在于，所述步驟SI中， 步驟Sll具體為： 用恒流源I1驅動LED器件，將LED器件的外殼溫度設置成T U，測量在外殼溫度為Tc^P 驅動電流為1廉件下的能量轉換效率n wl;其次，改變LED器件的外殼溫度為T。2，驅動電流 維持^恒定不變，在外殼溫度為T。 2和驅動電流為I i條件下測量LED器件的能量轉換效率 nw2;將這個測量得到的兩個點（Tc^ Iiwl)和（Tm Iiw2)放在以能量裝換效率Iiw為縱軸和 LED器件外殼溫度T。為橫軸的坐標系中，并用直線連接，此直線的斜率就是電流I i下的溫 度系數ctl; 步驟S12具體為： 用恒流源I2驅動LED器件，將LED器件的外殼溫度設置成T &，測量在外殼溫度為Tc^P 驅動電流為12條件下的能量轉換效率n wl;其次，改變LED器件的外殼溫度為T。2，驅動電流 維持12恒定不變，在外殼溫度為T。 2和驅動電流為12條件下測量LED器件的能量轉換效率 nw2;將這個測量得到的兩個點（T c^ Iiwl)和（Τ?，Iiw2)放在以能量裝換效率Iiw為縱軸和 LED器件外殼溫度T。為橫軸的坐標系中，并用直線連接，此直線的斜率就是電流I 2下的溫 度系數ct2。
4. 根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟S2具體為： 521、 在電流I1下測量LED器件的能量轉換效率匇7；；，記為; 522、 在電流I2下測量LED器件的能量轉換效率，記為；；|V2 ; 523、 將電流IjP能量轉換效率* 、電流12和能量轉換效率"I7^2分別代入 "| , = c,, exp (-(6:, /)中，計算LED器件的第三特性參數(^和第四特性參數c。，其中，4是LED 器件的結溫溫度為T。下的LED器件的能量轉換效率。
5. 根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟S2還包括： 根據Tc= T j-Rjc;khPd設置LED器件的外殼溫度，其中，T。為LED器件的外殼溫度，T』為 LED器件的結溫溫度，在步驟S2中Tj= T。，Rje為LED器件的熱阻，kh為LED器件的熱消耗 系數，Pd為LED器件的電功率。
6. -種LED器件的熱功率的預測方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟： 51、 計算用于描述LED器件溫度系數(^的第一特性參數c ti和第二特性參數c t。，所述溫 度系數ct為驅動電流恒定時能量轉換效率τι Jl結溫溫度h下降的斜率，也為能量轉換效 率η ￥隨LED器件外殼溫度T。下降的斜率； 52、 計算LED器件的第三特性參數(^和第四特性參數c。； 53、 根據公另
輸入不同電流下的能量轉換效率nw，預測在 任何電流下的LED器件的結溫溫度Tj，其中，T。為恒定結溫； 54、 根據公式 Pheat= [1+ (c tilnl+ct。）（Tj-T。) -cQexp (-cj) ]Pd，輸入不同電流下的 LED 器 件的結溫溫度Tj，預測在任何電流下的LED器件的熱功率Pteat，其中，P d為LED器件的電功 率。
7. 根據權利要求6所述的方法，其特征在于，所述步驟Sl具體為： 511、 測量LED器件電流I1下的溫度系數c tl，溫度系數Ctl為電流I 能量裝換效率 nw-LED器件外殼溫度T。直線的斜率； 512、 測量LED器件電流I2下的溫度系數c t2，溫度系數ct2為電流I 2下能量裝換效率 nw-LED器件外殼溫度T。直線的斜率； 513、 將電流I1和溫度系數c tl、電流I2和溫度系數c t2分別代入公式c t= c tilnl+ct。中， 計算第一特性參數Cti和第二特性參數c t。。
8. 根據權利要求7所述的方法，其特征在于，所述步驟SI中， 步驟Sll具體為： 用恒流源I1驅動LED器件，將LED器件的外殼溫度設置成T U，測量在外殼溫度為Tc^P 驅動電流為1廉件下的能量轉換效率n wl;其次，改變LED器件的外殼溫度為T。2，驅動電流 維持^恒定不變，在外殼溫度為T。 2和驅動電流為I i條件下測量LED器件的能量轉換效率 nw2;將這個測量得到的兩個點（Tc^ Iiwl)和（Tm Iiw2)放在以能量裝換效率Iiw為縱軸和 LED器件外殼溫度T。為橫軸的坐標系中，并用直線連接，此直線的斜率就是電流I i下的溫 度系數ctl; 步驟S12具體為： 用恒流源I2驅動LED器件，將LED器件的外殼溫度設置成T &，測量在外殼溫度為Tc^P 驅動電流為12條件下的能量轉換效率n wl;其次，改變LED器件的外殼溫度為T。2，驅動電流 維持12恒定不變，在外殼溫度為T。 2和驅動電流為12條件下測量LED器件的能量轉換效率 nw2;將這個測量得到的兩個點（T c^ Iiwl)和（Τ?，Iiw2)放在以能量裝換效率Iiw為縱軸和 LED器件外殼溫度T。為橫軸的坐標系中，并用直線連接，此直線的斜率就是電流I 2下的溫 度系數ct2。
9. 根據權利要求6所述的方法，其特征在于，所述步驟S2具體為： 521、 在電流I1下測量LED器件的能量轉換效率，記為"|v;; 522、 在電流I2下測量LED器件的能量轉換效率，記為?7|7u_2; 523、 將電流I1和能量轉換效率外^、電流12和能量轉換效率M7o_ 2分別代入 "I., = Q exp(-t_·,/)中，計算LED器件的第三特性參數MiP第四特性參數c。，其中，< 是LED 器件的結溫溫度為T。下的LED器件的能量轉換效率。
10.根據權利要求6所述的方法，其特征在于，所述步驟S2還包括： 根據Tc= T j-Rjc;khPd設置LED器件的外殼溫度，其中，T。為LED器件的外殼溫度，T』為 LED器件的結溫溫度，在步驟S2中Tj= T。，Rje為LED器件的熱阻，kh為LED器件的熱消耗 系數，Pd為LED器件的電功率。
【專利摘要】本發明公開了一種LED器件的結溫溫度和熱功率的預測方法，包括：S1、計算用于描述LED器件溫度系數ct的第一特性參數cti和第二特性參數cto；S2、計算LED器件的第三特性參數ci和第四特性參數co；S3、根據輸入不同電流下的能量轉換效率ηw，預測在任何電流下的LED器件的結溫溫度Tj；S4、根據輸入不同電流下的LED器件的結溫溫度Tj，預測在任何電流下的LED器件的熱功率Pheat。本發明所提出的結溫溫度和熱功率的預測方法都具有操作簡單的特性，預測者只需測量LED器件的在四個工作條件下的能量轉換效率，便可以得到數學模型中的參數，將參數代入到由數學模型所編成的軟件工具中，便可以預測出LED器件在任何工作電流下的結溫溫度和熱功率。
【IPC分類】G06F17-50
【公開號】CN104765907
【申請號】CN201510096332
【發明人】陶雪慧
【申請人】蘇州大學
【公開日】2015年7月8日
【申請日】2015年3月4日