Nguyên nhân sinh nhiệt của đèn LED
Giống như các nguồn sáng thông thường, điốt phát quang bán dẫn (LED) cũng tạo ra nhiệt trong quá trình hoạt động, tùy thuộc vào hiệu suất phát sáng tổng thể. Dưới tác dụng của năng lượng điện ứng dụng, bức xạ của các electron và lỗ trống kết hợp lại để tạo ra điện phát quang và ánh sáng tỏa ra gần điểm nối PN cần phải đi qua môi trường bán dẫn và môi trường đóng gói của chính chip để truyền ra bên ngoài (không khí). Hiệu suất phun dòng điện toàn diện, hiệu suất lượng tử phát quang bức xạ, hiệu suất khai thác ánh sáng bên ngoài của chip, v.v., chỉ 30-40% năng lượng đầu vào cuối cùng thành năng lượng ánh sáng và 60-70% năng lượng còn lại của nó chủ yếu xảy ra ở dạng không- dạng phức bức xạ của nhiệt chuyển đổi rung động ma trận điểm.
Nhiệt độ chip tăng sẽ làm tăng cường phức hợp không bức xạ, làm suy yếu hơn nữa hiệu suất phát sáng. Bởi vì mọi người chủ quan nghĩ rằng đèn LED công suất cao không có nhiệt, nhưng thực tế là có. Nhiệt lượng nhiều dễ gây ra nhiều vấn đề trong quá trình sử dụng. Ngoài ra, nhiều người lần đầu tiên sử dụng đèn LED công suất cao và không hiểu cách giải quyết hiệu quả các vấn đề về nhiệt, khiến độ tin cậy trong sản xuất trở thành vấn đề chính. Vì vậy, đây là một số câu hỏi chúng ta hãy nghĩ đến: Đèn LED có sinh nhiệt không? Nó có thể tạo ra bao nhiêu nhiệt? Đèn LED tạo ra bao nhiêu nhiệt?
Dưới điện áp chuyển tiếp của đèn LED, các electron lấy năng lượng từ nguồn điện. Dưới sự điều khiển của điện trường, điện trường của điểm nối PN bị khắc phục và xảy ra quá trình chuyển từ vùng N sang vùng P. Những electron này kết hợp lại với các lỗ trống trong vùng P. Do các electron tự do trôi vào vùng P có năng lượng cao hơn các electron hóa trị ở vùng P nên các electron trở về trạng thái năng lượng thấp trong quá trình tái hợp và phần năng lượng dư thừa được giải phóng dưới dạng photon. Bước sóng của photon phát ra có liên quan đến sự chênh lệch năng lượng. Ví dụ. Có thể thấy, vùng phát sáng chủ yếu ở gần điểm nối PN và sự phát xạ ánh sáng là kết quả của năng lượng giải phóng từ sự tái hợp của electron và lỗ trống. Trong một diode bán dẫn, các electron sẽ gặp phải điện trở trong toàn bộ hành trình từ vùng bán dẫn đến vùng bán dẫn. Đơn giản từ nguyên lý, cấu tạo vật lý của diode bán dẫn cũng đơn giản từ nguyên lý, số electron phát ra từ cực âm và số electron quay về cực dương của diode bán dẫn đều bằng nhau. Điốt thông thường, khi xảy ra sự tái hợp cặp electron-lỗ trống, do yếu tố chênh lệch mức năng lượng, ví dụ, phổ photon được giải phóng không nằm trong phạm vi khả kiến.
Trên đường đi vào bên trong diode, các electron tiêu thụ năng lượng do có điện trở. Công suất tiêu thụ tuân theo các định luật cơ bản của điện tử:
P = I2 R = I2 (RN + + RP) + IVTH
Lưu ý: RN là điện trở cơ thể vùng N
VTH là điện áp bật của tiếp giáp PN
RP là điện trở lớn của vùng P
Nhiệt lượng do điện năng tiêu thụ sinh ra là:
Q = Pt
Trong đó: t là thời gian diode được cấp điện.
Về bản chất, LED vẫn là một diode bán dẫn. Do đó, khi đèn LED hoạt động theo hướng thuận, quy trình làm việc của nó tuân theo mô tả ở trên. Điện năng nó tiêu thụ là:
P LED = U LED × I LED
Trong đó: U LED là điện áp chuyển tiếp qua nguồn sáng LED
I LED là dòng điện chạy qua LED
Điện năng tiêu thụ được chuyển thành nhiệt và giải phóng:
Q＝P LED × t
Lưu ý: t là thời gian bật nguồn
Trên thực tế, năng lượng giải phóng khi electron tái hợp với lỗ trống ở vùng P không phải được cung cấp trực tiếp bởi nguồn điện bên ngoài mà do electron nằm trong vùng N nên khi không có điện trường ngoài nên mức năng lượng của nó cao hơn. hơn vùng P. Mức electron hóa trị cao hơn Eg. Khi nó đến vùng P và kết hợp lại với các lỗ trống để trở thành electron hóa trị ở vùng P, nó sẽ giải phóng rất nhiều năng lượng. Kích thước của Eg được xác định bởi chính vật liệu và không liên quan gì đến điện trường bên ngoài. Vai trò của nguồn điện bên ngoài cung cấp cho electron là đẩy nó chuyển động có hướng và khắc phục vai trò của tiếp giáp PN.
Lượng nhiệt do đèn LED tạo ra không liên quan gì đến hiệu suất chiếu sáng; không có mối quan hệ nào giữa phần trăm năng lượng điện tạo ra ánh sáng và phần trăm năng lượng điện còn lại tạo ra nhiệt. Thông qua sự hiểu biết về các khái niệm sinh nhiệt, điện trở nhiệt và nhiệt độ tiếp giáp của đèn LED công suất cao cũng như rút ra các công thức lý thuyết và phép đo điện trở nhiệt, chúng ta có thể nghiên cứu thiết kế, đánh giá và ứng dụng sản phẩm thực tế của đèn LED công suất cao. Cần lưu ý rằng quản lý nhiệt là vấn đề then chốt ở giai đoạn hiệu suất phát sáng thấp của các sản phẩm LED hiện nay. Về cơ bản cải thiện hiệu suất phát sáng để giảm sự sinh ra năng lượng nhiệt là đáy ấm. Điều này đòi hỏi phải sản xuất chip, đóng gói đèn LED và phát triển sản phẩm ứng dụng. Tiến bộ công nghệ về mọi mặt.
