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論文摘要：LED的發(fā)光性能不僅和其電學(xué)特性相關(guān)，還受其結(jié)溫影響。因此，通過實(shí)際測(cè)試和仿真工具來研究其散熱性能及熱管理方法在LED的設(shè)計(jì)過程中十分重要。本文對(duì)LED的電學(xué)、熱學(xué)及光學(xué)特性進(jìn)行了協(xié)同研究。在仿真方面，完成了一個(gè)板級(jí)系統(tǒng)的電-熱仿真；在測(cè)試方面，討論了一個(gè)熱-光聯(lián)合測(cè)試系統(tǒng)的應(yīng)用。 眾所周知，LED的有效光輻射(發(fā)光度和/或輻射通量)嚴(yán)重受其結(jié)溫影響(參見圖1)。單顆LED封裝通常被稱為一級(jí)LED，而多顆LED芯片裝配在同一個(gè)金屬基板上的LED組件通常被稱為二級(jí)LED。當(dāng)二級(jí)LED對(duì)光均勻性要求很高時(shí)，結(jié)溫對(duì)LED發(fā)光效率會(huì)產(chǎn)生影響的這個(gè)問題將十分突出。當(dāng)然，可以利用一級(jí)LED的電、熱、光協(xié)同模型來預(yù)測(cè)二級(jí)LED的電學(xué)、熱學(xué)及光學(xué)特性，但前提是需要對(duì)LED的散熱環(huán)境進(jìn)行準(zhǔn)確建。
圖1：一組從綠光到藍(lán)光以及白光的LED有效光輻射隨結(jié)溫的變化關(guān)系注：數(shù)據(jù)來源于Lumileds Luxeon DS25的性能數(shù)據(jù)表 在這篇文章中，我們將討論怎樣通過實(shí)測(cè)利用結(jié)構(gòu)函數(shù)來獲取LED封裝的熱模型，并將簡(jiǎn)單描述一下我們用來進(jìn)行測(cè)試的一種新型測(cè)試系統(tǒng)。此外，我們還將回顧電——熱仿真工具的原理，然后將此原理擴(kuò)展應(yīng)用到板級(jí)的熱仿真以幫助優(yōu)化封裝結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)化熱模型。在文章的最后，我們將介紹一個(gè)應(yīng)用實(shí)例。 建立LED封裝的簡(jiǎn)化熱模型 關(guān)于半導(dǎo)體封裝元器件的簡(jiǎn)化熱模型(CTM)的建立，學(xué)術(shù)界已經(jīng)進(jìn)行了超過10年的討論。現(xiàn)在，對(duì)于建立封裝元器件特別是IC封裝的獨(dú)立于邊界條件的穩(wěn)態(tài)簡(jiǎn)化熱模型，大家普遍認(rèn)同DELPHI近似處理方法。為了研究元器件的瞬態(tài)散熱性能，我們需要對(duì)CTM進(jìn)行擴(kuò)展，擴(kuò)展后的模型稱之為瞬態(tài)簡(jiǎn)化熱模型(DCTM)。歐盟通過PROFIT項(xiàng)目制定了建立元器件DCTM的`方法，并且同時(shí)擴(kuò)展了熱仿真工具的功能以便能夠?qū)CTM模型進(jìn)行仿真計(jì)算。 當(dāng)CTM應(yīng)用在特定的邊界條件下或者封裝元器件自身僅有一條結(jié)-環(huán)境的熱流路徑，則可以用NID(熱阻網(wǎng)絡(luò)自定義)方法來對(duì)元件進(jìn)行建模。
(2)蓄電池組。蓄電池也稱電瓶，是太陽能LED照明系統(tǒng)的關(guān)鍵部分。一般是由一定數(shù)量的鉛酸蓄電池經(jīng)由串、并聯(lián)組合而成，其容量的選擇應(yīng)與太陽能電池陣列的容量相匹配。它的主要作用是在白天儲(chǔ)存太陽能陣列所產(chǎn)生的電能，晚上把儲(chǔ)存的能量釋放出來，供負(fù)載照明使用。它的最佳充電電流和放電電流，一般按10h充、放電率計(jì)算。 由于蓄電池對(duì)電壓的波動(dòng)具有/緩沖0作用，還可使得負(fù)載系統(tǒng)的運(yùn)行更加平穩(wěn)可靠。雖然鉛酸蓄電池具有容量大、價(jià)格低等優(yōu)點(diǎn)，但若使用不當(dāng)，很容易加速蓄電池的老化，使蓄電池的壽命急劇縮短，造成系統(tǒng)運(yùn)行成本的增加，充、放電電流過大都會(huì)對(duì)電瓶的壽命有一定的影響。因此對(duì)蓄電池的充放電進(jìn)行合理規(guī)劃和控制是光伏充電系統(tǒng)中必不可少的環(huán)節(jié)。 (3)控制器。控制器的作用是對(duì)太陽能電池、蓄電池電壓、市電電源和LED負(fù)載進(jìn)行總體監(jiān)控。為蓄電池提供最佳的充電電流和電壓，同時(shí)保護(hù)蓄電池，避免過充電和過放電現(xiàn)象的發(fā)生。需要時(shí)完成太陽能電池和市電2個(gè)電源之間的轉(zhuǎn)換，保證LED負(fù)載穩(wěn)定可靠的工作。 以處理器為核心的控制器結(jié)構(gòu)可以給系統(tǒng)帶來極大的可配置型，增強(qiáng)系統(tǒng)的應(yīng)用范圍。 (4)LED照明光源。半導(dǎo)體LED照明光源是系統(tǒng)的重要
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