Причины выделения тепла светодиодами
Как и обычные источники света, полупроводниковые диоды (СИД) также выделяют тепло во время работы, в зависимости от общей светоотдачи. Под действием приложенной электрической энергии излучение электронов и дырок рекомбинирует с образованием электролюминесценции, а свет, излучаемый вблизи PN-перехода, должен пройти через полупроводниковую среду и упаковочную среду самого чипа, чтобы достичь внешней среды (воздуха). Комплексная эффективность инжекции тока, квантовая эффективность люминесценции излучения, эффективность извлечения внешнего света чипа и т. д., конечные только 30-40% входной энергии в световую энергию, а остальные 60-70% ее энергии в основном происходят в не- радиационная сложная форма матричного вибрационного преобразования тепла.
Повышение температуры чипа усилит безрадиационный комплекс, еще больше ослабив светоотдачу. Поскольку люди субъективно думают, что мощные светодиоды не нагреваются, на самом деле это так. Большое количество тепла легко вызывает множество проблем во время использования. Кроме того, многие люди, которые впервые используют светодиоды высокой мощности и не понимают, как эффективно решать тепловые проблемы, делают надежность производства основной проблемой. Итак, давайте подумаем над некоторыми вопросами: выделяют ли светодиоды какое-либо тепло? Сколько тепла он может произвести? Сколько тепла выделяет светодиод?
Под прямым напряжением светодиода электроны получают энергию от источника питания. Под действием электрического поля электрическое поле PN-перехода преодолевается и происходит переход из N-области в P-область. Эти электроны рекомбинируют с дырками в P-области. Поскольку свободные электроны, дрейфующие в P-область, имеют более высокую энергию, чем валентные электроны в P-области, во время рекомбинации электроны возвращаются в низкоэнергетическое состояние, а избыточная энергия высвобождается в виде фотонов. Длина волны испускаемого фотона связана с разницей энергий, например. Видно, что область светоизлучения находится в основном вблизи PN-перехода, а излучение света является результатом энергии, выделяющейся при рекомбинации электронов и дырок. В полупроводниковом диоде электроны будут встречать сопротивление на всем пути от зоны полупроводника к зоне полупроводника. Просто из принципа физическая структура полупроводникового диода просто из принципа: количество электронов, испускаемых из отрицательного электрода, и электронов, возвращающихся к положительному электроду полупроводникового диода, одинаково. В обычных диодах, когда происходит рекомбинация электронно-дырочных пар, из-за фактора разности энергетических уровней Eg спектр высвобождаемых фотонов находится за пределами видимого диапазона.
На пути внутрь диода электроны потребляют мощность из-за наличия сопротивления. Потребляемая мощность соответствует основным законам электроники:
P = I2 R = I2 (РН + + РП) + IVTH
Примечания: RN – сопротивление тела зоны N.
VTH – напряжение включения PN перехода.
RP — объемное сопротивление P-области.
Тепло, выделяемое за счет потребляемой мощности, равно:
Q = Пт
Где: t — время, в течение которого диод находится под напряжением.
По сути, светодиод по-прежнему представляет собой полупроводниковый диод. Следовательно, когда светодиод работает в прямом направлении, его рабочий процесс соответствует приведенному выше описанию. Потребляемая им электрическая мощность составляет:
P светодиод = U светодиод × I светодиод
Где: U LED — прямое напряжение на светодиодном источнике света.
I LED — ток, текущий через светодиод.
Потребляемая электрическая мощность преобразуется в тепловую и выделяется:
Светодиод Q＝P × t
Примечания: t — время включения питания.
Фактически, энергия, выделяющаяся при рекомбинации электрона с дыркой в P-области, не обеспечивается напрямую внешним источником питания, а поскольку электрон находится в N-области, при отсутствии внешнего электрического поля его энергетический уровень выше. чем в регионе P. Уровень валентных электронов выше, чем Eg. Когда он достигнет P-области и рекомбинирует с дырками, чтобы стать валентными электронами в P-области, он выделит очень много энергии. Размер Eg определяется самим материалом и не имеет никакого отношения к внешнему электрическому полю. Роль внешнего источника питания электрона состоит в том, чтобы заставить его двигаться направленно и преодолеть роль PN-перехода.
Количество тепла, выделяемого светодиодом, не имеет ничего общего с светоотдачей; нет никакой зависимости между тем, какой процент электроэнергии производит свет, а оставшийся процент электроэнергии производит тепло. Благодаря пониманию концепций тепловыделения, термического сопротивления и температуры перехода мощных светодиодов, а также вывода теоретических формул и измерений теплового сопротивления, мы можем изучить фактический дизайн упаковки, оценку и применение продуктов мощных светодиодов. Следует отметить, что управление теплом является ключевым вопросом на современном этапе низкой светоотдачи светодиодной продукции. Принципиально улучшить светоотдачу и снизить выделение тепловой энергии можно в нижней части чайника. Это требует производства чипов, упаковки светодиодов и разработки прикладных продуктов. Технический прогресс во всех аспектах.
