Led器件的结温温度和热功率的预测方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及LED系统光性能与热性能预测技术领域，特别是涉及一种LED器件的 结温温度和热功率的预测方法。
【背景技术】
[0002] 随着半导体技术的发展，大功率LED系统的性能得到了很大程度的提高。大功率 LED系统将有望并逐渐成为可以取代白炽灯和荧光灯的照明光源。到目前为止，LED灯的效 率已经远远超过白炽灯，并正在逐渐赶上和正在努力超过荧光灯，它已经成为一种新型的 绿色照明光源。与荧光灯相比，LED灯有很多优点，例如容易调光、不需要惰性气体来产生 等离子体、稳定性强、不易碎等。然而，虽然LED灯有这么多优点，但目前它的应用仍然局限 于中低功率场合，如装饰、显示、手电筒、汽车前灯等中低功率场合，在公共照明领域，LED灯 还不能完全取代荧光灯。
[0003] 现如今，大功率LED器件正逐渐走入公共照明领域。与传统气体放电灯相比，LED 有很多优点，例如高效率、高抗震性能、长寿命等等、低能量消耗等等。在不远的将来，LED 器件将有望成为最受欢迎的照明光源。与气体放电灯不同，LED器件几乎不发射红外和紫 外光。注入到LED器件的电功率除了产生有用的可见光外，剩余部分将全部用于产生热能。 然而，作为一种固态半导体器件，这部分热能只能通过传到和对流来消散，而不能通过辐射 的方式。因为，散热及热效应分析将是LED照明领域中一个重要的研宄方向。其中预测LED 结温温度和散热功率是一个重要环节。
[0004] 目前，研宄学者们已经提出了几种预测结温温度的方法。其中，一些方法是依赖于 寻找温度敏感系数。如：峰值波长方法，总辐射能量与蓝色光的辐射能量之比的方法，前置 电压方法等等。另外，一些方法则依赖于特殊的实验设置，这些技术包括：热图像方法，拉曼 光谱方法，和向列液晶方法。
[0005] 对于目前所存在的预测LED器件的结温的方法的缺陷和不足是：第一组方法，即 依赖于寻找温度敏感系数的方法，此种方法在寻找温度敏感系数的时候，需要大量的事先 校准工作，这样就使得预测工作变得繁琐。第二组方法，即依赖于特殊实验设置的方法，它 们都需要昂贵和精细的实验设备和专业的测量方法，这使得第二组方法并不能广泛应用于 工业中。
[0006] 另外，对于热功率预测的研宄方法还不多，较为常见的就是通过寻找LED器件的 热消耗系数和LED器件的热阻来预测热功率。
[0007] 因此，针对上述技术问题，需要提出一种LED器件的结温温度和热功率的预测方 法。
【发明内容】
[0008] 有鉴于此，为了解决现有的不足，本发明提供了一种LED器件的结温温度和热功 率的预测方法。
[0009] 为了实现上述目的，本发明实施例提供的技术方案如下：
[0010] 一种LED器件的结温温度的预测方法，所述方法包括以下步骤：
[0011] Sl、计算用于描述LED器件温度系数(^的第一特性参数cti和第二特性参数ct。，所 述温度系数Ct为驱动电流恒定时能量转换效率nJl结温温度h下降的斜率，也为能量转 换效率n￥随LED器件外壳温度T。下降的斜率；
[0012] S2、计算LED器件的第三特性参数cdP第四特性参数C。；
【主权项】
1. 一种LED器件的结温温度的预测方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤： 51、 计算用于描述LED器件温度系数(^的第一特性参数c ti和第二特性参数c t。，所述温 度系数ct为驱动电流恒定时能量转换效率τι Jl结温温度h下降的斜率，也为能量转换效 率η ￥随LED器件外壳温度T。下降的斜率； 52、 计算LED器件的第三特性参数(^和第四特性参数c。； 53、 根据公式
，输入不同电流下的能量转换效率nw，预测在 任何电流下的LED器件的结温温度Tj，其中，T。为恒定结温。
2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤Sl具体为： 511、 测量LED器件电流I1下的温度系数c tl，温度系数Ctl为电流I 能量装换效率 nw-LED器件外壳温度T。直线的斜率； 512、 测量LED器件电流I2下的温度系数c t2，温度系数ct2为电流I 2下能量装换效率 nw-LED器件外壳温度T。直线的斜率； 513、 将电流I1和温度系数c tl、电流I2和温度系数c t2分别代入公式c t= c tilnl+ct。中， 计算第一特性参数Cti和第二特性参数c t。。
3. 根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤SI中， 步骤Sll具体为： 用恒流源I1驱动LED器件，将LED器件的外壳温度设置成T U，测量在外壳温度为Tc^P 驱动电流为1廉件下的能量转换效率n wl;其次，改变LED器件的外壳温度为T。2，驱动电流 维持^恒定不变，在外壳温度为T。 2和驱动电流为I i条件下测量LED器件的能量转换效率 nw2;将这个测量得到的两个点（Tc^ Iiwl)和（Tm Iiw2)放在以能量装换效率Iiw为纵轴和 LED器件外壳温度T。为横轴的坐标系中，并用直线连接，此直线的斜率就是电流I i下的温 度系数ctl; 步骤S12具体为： 用恒流源I2驱动LED器件，将LED器件的外壳温度设置成T &，测量在外壳温度为Tc^P 驱动电流为12条件下的能量转换效率n wl;其次，改变LED器件的外壳温度为T。2，驱动电流 维持12恒定不变，在外壳温度为T。 2和驱动电流为12条件下测量LED器件的能量转换效率 nw2;将这个测量得到的两个点（T c^ Iiwl)和（Τ?，Iiw2)放在以能量装换效率Iiw为纵轴和 LED器件外壳温度T。为横轴的坐标系中，并用直线连接，此直线的斜率就是电流I 2下的温 度系数ct2。
4. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S2具体为： 521、 在电流I1下测量LED器件的能量转换效率匇7；；，记为; 522、 在电流I2下测量LED器件的能量转换效率，记为；；|V2 ; 523、 将电流IjP能量转换效率* 、电流12和能量转换效率"I7^2分别代入 "| , = c,, exp (-(6:, /)中，计算LED器件的第三特性参数(^和第四特性参数c。，其中，4是LED 器件的结温温度为T。下的LED器件的能量转换效率。
5. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S2还包括： 根据Tc= T j-Rjc;khPd设置LED器件的外壳温度，其中，T。为LED器件的外壳温度，T』为 LED器件的结温温度，在步骤S2中Tj= T。，Rje为LED器件的热阻，kh为LED器件的热消耗 系数，Pd为LED器件的电功率。
6. -种LED器件的热功率的预测方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤： 51、 计算用于描述LED器件温度系数(^的第一特性参数c ti和第二特性参数c t。，所述温 度系数ct为驱动电流恒定时能量转换效率τι Jl结温温度h下降的斜率，也为能量转换效 率η ￥随LED器件外壳温度T。下降的斜率； 52、 计算LED器件的第三特性参数(^和第四特性参数c。； 53、 根据公另
输入不同电流下的能量转换效率nw，预测在 任何电流下的LED器件的结温温度Tj，其中，T。为恒定结温； 54、 根据公式 Pheat= [1+ (c tilnl+ct。）（Tj-T。) -cQexp (-cj) ]Pd，输入不同电流下的 LED 器 件的结温温度Tj，预测在任何电流下的LED器件的热功率Pteat，其中，P d为LED器件的电功 率。
7. 根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述步骤Sl具体为： 511、 测量LED器件电流I1下的温度系数c tl，温度系数Ctl为电流I 能量装换效率 nw-LED器件外壳温度T。直线的斜率； 512、 测量LED器件电流I2下的温度系数c t2，温度系数ct2为电流I 2下能量装换效率 nw-LED器件外壳温度T。直线的斜率； 513、 将电流I1和温度系数c tl、电流I2和温度系数c t2分别代入公式c t= c tilnl+ct。中， 计算第一特性参数Cti和第二特性参数c t。。
8. 根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述步骤SI中， 步骤Sll具体为： 用恒流源I1驱动LED器件，将LED器件的外壳温度设置成T U，测量在外壳温度为Tc^P 驱动电流为1廉件下的能量转换效率n wl;其次，改变LED器件的外壳温度为T。2，驱动电流 维持^恒定不变，在外壳温度为T。 2和驱动电流为I i条件下测量LED器件的能量转换效率 nw2;将这个测量得到的两个点（Tc^ Iiwl)和（Tm Iiw2)放在以能量装换效率Iiw为纵轴和 LED器件外壳温度T。为横轴的坐标系中，并用直线连接，此直线的斜率就是电流I i下的温 度系数ctl; 步骤S12具体为： 用恒流源I2驱动LED器件，将LED器件的外壳温度设置成T &，测量在外壳温度为Tc^P 驱动电流为12条件下的能量转换效率n wl;其次，改变LED器件的外壳温度为T。2，驱动电流 维持12恒定不变，在外壳温度为T。 2和驱动电流为12条件下测量LED器件的能量转换效率 nw2;将这个测量得到的两个点（T c^ Iiwl)和（Τ?，Iiw2)放在以能量装换效率Iiw为纵轴和 LED器件外壳温度T。为横轴的坐标系中，并用直线连接，此直线的斜率就是电流I 2下的温 度系数ct2。
9. 根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述步骤S2具体为： 521、 在电流I1下测量LED器件的能量转换效率，记为"|v;; 522、 在电流I2下测量LED器件的能量转换效率，记为?7|7u_2; 523、 将电流I1和能量转换效率外^、电流12和能量转换效率M7o_ 2分别代入 "I., = Q exp(-t_·,/)中，计算LED器件的第三特性参数MiP第四特性参数c。，其中，< 是LED 器件的结温温度为T。下的LED器件的能量转换效率。
10.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述步骤S2还包括： 根据Tc= T j-Rjc;khPd设置LED器件的外壳温度，其中，T。为LED器件的外壳温度，T』为 LED器件的结温温度，在步骤S2中Tj= T。，Rje为LED器件的热阻，kh为LED器件的热消耗 系数，Pd为LED器件的电功率。
【专利摘要】本发明公开了一种LED器件的结温温度和热功率的预测方法，包括：S1、计算用于描述LED器件温度系数ct的第一特性参数cti和第二特性参数cto；S2、计算LED器件的第三特性参数ci和第四特性参数co；S3、根据输入不同电流下的能量转换效率ηw，预测在任何电流下的LED器件的结温温度Tj；S4、根据输入不同电流下的LED器件的结温温度Tj，预测在任何电流下的LED器件的热功率Pheat。本发明所提出的结温温度和热功率的预测方法都具有操作简单的特性，预测者只需测量LED器件的在四个工作条件下的能量转换效率，便可以得到数学模型中的参数，将参数代入到由数学模型所编成的软件工具中，便可以预测出LED器件在任何工作电流下的结温温度和热功率。
【IPC分类】G06F17-50
【公开号】CN104765907
【申请号】CN201510096332
【发明人】陶雪慧
【申请人】苏州大学
【公开日】2015年7月8日
【申请日】2015年3月4日