基于瞬態(tài)響應(yīng)的LED熱阻測試原理及算法研究.pdf

1、隨著LED(Light emitting diode)光效的提高,其在各個領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛。限制LED各方面性能指標(biāo)進一步提高的一個主要問題在于越來越高的功率將使LED結(jié)溫進一步升高,這樣就提高了對器件散熱能力的要求。熱阻和熱容常用于評估散熱能力,但是一般測試方法只能測量整體熱阻。實際上,測試人員更關(guān)心的是器件內(nèi)部每一層的熱阻熱容。本文研究課題是基于瞬態(tài)響應(yīng)的熱阻測試原理及算法研究,目的在于通過程序中的數(shù)值計算,無損的檢測器件內(nèi)部的

2、熱容熱阻。主要研究內(nèi)容如下:
　　1.基于瞬態(tài)熱響應(yīng)的熱阻測試原理研究。首先分析了熱學(xué)和電學(xué)的基本理論:介紹了傳熱的三種基本方式,熱傳導(dǎo)、對流和輻射。由于熱阻熱容網(wǎng)絡(luò)的概念和電阻電容網(wǎng)絡(luò)的概念類似,因此推導(dǎo)了熱分析的電路等效模型。然后基于激勵和響應(yīng)象函數(shù),對電學(xué)中的網(wǎng)絡(luò)函數(shù)進行定義。最后對一個n階 FOSTER網(wǎng)絡(luò)模型進行了零狀態(tài)響應(yīng)電壓函數(shù)分析。理論分析證明電學(xué)中的電壓響應(yīng)函數(shù)與熱學(xué)中的瞬態(tài)溫度響應(yīng)函數(shù)具有相同的表達式。

3、　　2.基于瞬態(tài)熱響應(yīng)的解調(diào)算法的研究。首先介紹了整個瞬態(tài)熱阻測試的流程:由測得的電壓曲線求出溫度響應(yīng)函數(shù),通過與權(quán)重函數(shù)的反卷積獲得時間常數(shù)頻譜,對其離散化后可得到FOSTER網(wǎng)絡(luò)模型,經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)模型轉(zhuǎn)換后,CAUER網(wǎng)絡(luò)模型就代表實際物理結(jié)構(gòu)的熱阻熱容。然后對瞬態(tài)熱阻測試?yán)碚撝械年P(guān)鍵概念做了分析和推導(dǎo),包括結(jié)溫和熱阻、RC網(wǎng)絡(luò)和時間常數(shù)、兩種結(jié)構(gòu)函數(shù),最后對時間常數(shù)頻譜的概念進行解釋。由于瞬態(tài)熱響應(yīng)的解調(diào)算法較復(fù)雜,因此單獨分析其中兩

4、個關(guān)鍵步驟:反卷積算法和網(wǎng)絡(luò)模型轉(zhuǎn)換算法。對其中主要理論公式進行了推導(dǎo),最后還針對可能出現(xiàn)的數(shù)值計算的問題,提出了可能的改進方法。
　　3.通過仿真對瞬態(tài)熱響應(yīng)的解調(diào)算法進行了驗證。首先利用熱阻等效電路法進行驗證:利用已知電阻電容建立一個3階的電阻電容網(wǎng)絡(luò)模型,對電壓響應(yīng)函數(shù)進行理論推導(dǎo);然后基于電壓響應(yīng)函數(shù),使用該算法對原始的電阻電容值進行反推導(dǎo),并和原始的電阻電容值相比較。其次利用瞬態(tài)熱阻測試儀 T3Ster的采樣結(jié)果對算法進