LED结温热阻计算方法详解
- 格式:doc
- 大小:84.00 KB
- 文档页数:2
LED结温热阻计算方法详解.
Ta: 环境温度Rsa:铝基散热装置的热阻、散热器与环境间的热阻
Ts: 散热装置的温度. Rms:铝基板到铝散热装置的热阻
Tm: 铝基板的温度. Rcm:引脚到铝基板的热阻
Tc: 引脚的温度. Rjc:PN结到引脚的热阻、结壳间的热阻
Rja:PN结点到环境的热阻 Tj:晶体管的结温、芯片PN结最大能承受之温度( 100-130℃)
P表示功耗 Rcs表示晶体管外壳与散热器间的热阻,
L50: LED光源亮度降至50%的寿命
L70: LED光源亮度降至70%的寿命
结温计算的过程:
1.热阻与温度、功耗之间的关系为: Ta=Tj-*P(Rjc+Rcs+Rsa)=Tj-P*Rja,
2.当功率晶体管的散热片足够大而且接触足够良好时,壳温Tc=Ta
晶体管外壳与环境间的热阻Rca=Rcs+Rsa=0。此时Ta=Tj-*P(Rjc+Rcs+Rsa)演化成公式
Ta=Tc=Tj-P*Rjc。厂家规格书一般会给出,最大允许功耗Pcm、Rjc及(或) Rja等参数。一般Pcm 是指在Tc=25℃或Ta=25℃时的最大允许功耗。当使用温度大于25℃时,会有一个降额指标。
3.以ON公司的为例三级管2N5551举个实例:
1)2N5551规格书中给出壳温Tc=25℃时的最大允许功耗是1.5W,Rjc是83.3度/W。
2)代入公式Tc=Tj- P*Rjc有:25=Tj-1.5*83.3可以从中推出最大允许结温Tj为150度。一
般芯片最大允许结温是确定的。所以,2N5551的允许壳温与允许功耗之间的关系为:
Tc=150-P*83.3。
3)比如,假设管子的功耗为1W,那么,允许的壳温Tc=150-1*83.3=66.7度。
4)注意,此管子Tc =25℃时的最大允许功耗是1.5W,如果壳温高于25℃,功率就要降额使用。
规格书中给出的降额为12mW/度(0.012W/度)。
5)我们可以用公式来验证这个结论。假设壳温为Tc,那么,功率降额为0.012*(Tc-25)。则此
时最大总功耗为1.5-0.012*(Tc-25)。把此时的条件代入公式Tc=Tj- P*Rjc得出:
Tc=150-(1.5-0.012*(Tc-25))*83.3,公式成立。
4.一般情况下没办法测Tj,可以经过测Tc的方法来估算Tj。公式变为: Tj=Tc+P*Rjc
1)同样以2N5551为例。假设实际使用功率为1.2W,测得壳温为60℃,那么,
Tj=60+1.2*83.3=159.96此时已经超出了管子的最高结温150度了!
2)按照降额0.012W/℃的原则,60℃时的降额为(60-25)*0.012=0.42W, 1.5-0.42=1.08W。也
就是说,壳温60℃时功率必须小于1.08W,否则超出最高结温。
3)假设规格书没有给出Rjc的值,可以如此计算:Rjc=(Tj-Tc)/P,如果也没有给出Tj数据,
那么一般硅管的Tj最大为150℃。
4)同样以2N5551为例。知道25度时的功率为1.5W,假设Tj为150,那么代入上面的公式:
Rjc=(150-25)/1.5=83.3℃/W,恰好等于规格书给出的实际热阻。
方法一:
Tj=Ta+Rja*P
P=IF*VF P:发热功率
(热阻串联公式Rja=(Rjc+Rcm+Rms+Rsa)
(热阻并联公式)Rja=(Rjc+Rcm+Rms)/N+Rsa N:LED的颗数
PN结点温度等于环境温度与热功率和总热阻乘积之和.
比如:已知引脚温度:25℃,产品为1W大功率,电压:3.3V 电流: 350Ma 热阻是5℃/W,那产品的结温是多少呢?
计算方法如下:
Tj=Ts+3.3*0.35*5=25+8.25=33.25℃也就是说,在环境温度25℃的情况下,LED正常工作时的结温是33.25℃.
那热阻怎么计算呢?
Rja=△T/P= (Tj–Ta) /(IF*VF)
还是按照上面的条件,反推回去.
Rja=(33.25–25)/(0.35*3.3)=8.25/1.155=5℃/W
方法二:
可以通过电压法测试出产品的结温:
其主要思想是:特定电流下LED的正向电压VF与LED芯片的温度成线性关系,所以只要测试到两个以上温度点的VF值,就可以确定该LED电压与温度的关系斜率,即电压温度系数K值,单位是mV/°C。K值可由公式K=△Vf/△Tj 求得。K 值有了,就可以通过测量实时的Vf 值,计算出芯片的温度(结
温)Tj 。
举例说明:
常温25°C0.1mA测试电压值为2.495V,
高温85°C0.1mA 测试电压值为2.345V
常温25°C20mA 测试电压初始值为3.2346V 稳定值:3.2V
K=(2.495-2.345)/(25-85)=0.15/-60=-2.5mV/°C
Tj=25+(3.2346-3.2)/-0.0025=25+13.84=38.84°C
由此推算处此产品热阻为:
Rth=(38.84–25)/3.2*0.02=216℃/W