Анализ тепловых свойств линеек светодиодов методом переходных электрических процессов

Abstract

Повышение энергоэффективности работы твердотельных осветительных устройств в народном хозяйстве Республики Беларусь является актуальной задачей. Современные проблемы энергоэффективного освещения многогранны и имеют широкий спектр. Особенно это актуально в условиях энергетического и мирового экономического кризиса. Так, на освещение в Беларуси расходуется 10–13 % от общего потребления электроэнергии. Таким образом, имеется значительный потенциал энергосбережения за счет перехода к энергоэффективному освещению. Рассмотрены вопросы надежности и долговечности работы твердотельных осветительных устройств, созданных на основе светодиодных линеек фирмы Paragon Semiconductor Lighting Technology Co., Ltd. Оценка надежности оптоэлектронных приборов базируется на исследовании закономерностей развития механизмов деградации, приводящих к отказам того или иного типа. Выяснение причин деградации необходимо, чтобы затем, целенаправленно воздействуя на них, уменьшить скорость и величину деградации. Одной из основных причин деградации светодиодных устройств является температурный перегрев активной области светодиодного чипа. Поэтому актуальными становятся методы оценки тепловых характеристик твердотельных осветительных устройств. В статье исследованы тепловые свойства мощных синих светодиодных линеек методом переходных электрических процессов. Рассчитаны температуры активной области светодиодов в линейках при различных условиях теплоотвода и значениях токов инжекции. Проведено компьютерное моделирование тепловых полей линеек при нагреве с использованием пакета ANSYS. Установлено, что из степени неоднородности распределения температуры вдоль линейки следует невозможность выделения тепловых свойств элементов структуры чипов линейки на основе усредненных по всем светодиодам временных зависимостей температуры. Показано, что тепловые параметры линеек светодиодов с достаточной точностью можно получить, используя представление линейки только двумя эквивалентными RC-цепочками, соответствующими тепловым путям «активная область светоизлучающего светодиода – алюминиевая подложка» и «алюминиевая подложка – окружающая среда». Для данных областей определены тепловые постоянные времени, тепловые сопротивления и теплоемкости.