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交流驱动大功率LED照明单元电热特性的研究

作　者: 谷越
导　师: 王志斌
学　校: 燕山大学
专　业: 检测技术与自动化装置
关键词: LED 驱动电路电特性 AC-LED 自整流 AlN陶瓷热阻半导体散热
分类号: TN312.8
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

LED出现至今,发光效率逐年提高,应用领域不断扩大,以大功率发光二极管器件为核心的半导体照明技术相比普通照明技术具有较多的优点,近年来已经成为研发热点。本论文针对大功率LED的电热特性做了一定程度的研究,其中主要工作概括如下:(1)以鹏远光电子有限公司所封装的大功率LED灯珠(Cree芯片)为例,详细分析了GaN基系列大功率LED芯片的结构,分析了不同有源层材质、厚度,以及衬底、P型GaN、N型GaN、粘结材质,基座、引线等对LED元件电学特性的影响,以及正装、倒装等不同LED芯片结构对其电特性的影响。(2)构建了交流小信号激励下,LED芯片的电学模型。重点研究了LED作为一种特殊的pn结结构的电学特性,包括漏电流、结电容、整流效应等,以及在交流激励下这些电参数的变化。设计了外围交流驱动模块,并对所设计的结构进行了详细的局部仿真,根据这些特性构建了一套较为稳定的低电压脉冲交流驱动的LED工作系统,设计了过流保护,过温度保护等模块。最终构成整套的交流驱动模块,并对此系统进行了电路仿真。(3)设计了一款可以满足此交流驱动的LED照明系统的独立封装的散热系统。并对该系统包括热源、各散热层进行了详细分析,最后依据芯片击穿原理计算了系统总热阻,证明了所设计散热结构的合理性。该系统采用半导体主动制冷原理,散热效果明显。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-9
第1章绪论  9-21
  1.1 引言  9-10
  1.2 LED 概述  10-14
    1.2.1 LED 产品种类及照明特点  10-12
    1.2.2 大功率LED 的驱动  12-13
    1.2.3 大功率LED 的封装  13-14
  1.3 本课题研究的意义  14-16
  1.4 LED 的国内外研究现状  16-18
    1.4.1 国外研究现状  16-17
    1.4.2 国内研究现状  17-18
  1.5 本论文研究的主要内容  18-21
第2章大功率LED 芯片特性的研究  21-35
  2.1 大功率LED 芯片的基本结构  21-22
  2.2 LED 的发光机理  22-26
  2.3 LED 光学特性研究  26-27
    2.3.1 光谱特性  26
    2.3.2 发光效率  26-27
    2.3.3 发光强度  27
  2.4 大功率LED 芯片的电学特性  27-33
    2.4.1 伏安特性  27-29
    2.4.2 允许功耗  29
    2.4.3 电容-电压特性  29-30
    2.4.4 LED 理论模型  30-33
  2.5 本章小结  33-35
第3章大功率LED 芯片直流、交流驱动的研究  35-57
  3.1 直流驱动与交流驱动系统比较  35-36
  3.2 大功率LED 的直流驱动  36-45
  3.3 基于自整流模式下大功率LED 的交流驱动  45-50
    3.3.1 AC-LED 驱动单元结构分析  45-46
    3.3.2 AC-LED 照明单元桥式连接结构分析  46-49
    3.3.3 复合型桥式电路结构分析  49-50
  3.4 可控制脉冲交流驱动模式研究  50-56
    3.4.1 主电路结构分析  51-53
    3.4.2 交流驱动芯片结构  53-54
    3.4.3 交流驱动LED 的保护结构  54-56
  3.5 本章小结  56-57
第4章 AC-LED 独立封装结构的散热系统  57-68
  4.1 散热结构  57-58
  4.2 热电致冷原理  58-59
  4.3 基于LED 芯片热击穿现象的热传导模型分析  59-63
    4.3.1 AlN 陶瓷层热阻分析  60-61
    4.3.2 半导体制冷结构的热阻分析  61-62
    4.3.3 栅状散热片的热计算  62-63
  4.4 基于LED 芯片热击穿现象的热传导模型分析  63-67
  4.5 本章小结  67-68
结论  68-70
参考文献  70-75
攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果  75-76
致谢  76-77
作者简介  77

交流驱动大功率LED照明单元电热特性的研究

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