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LED的电学、热学及光学特性研究
发布时间:2017-06-01 阅读：次 [打印文章] [关闭窗口]-
3.2 基板的简化热模型
电感价格对于任何基于同步迭代法进行电-热协同仿真的仿真工具来说，最核心的问题都是怎样生成并高效处理与与散热边界条件相关的基板的动态简化热模型。在处理这个问题时，可以把热网络模型看成是一个有N 个端口的网络，对于其中任何一个端口来说，它都对应某个半导体元器件（如图7）。这个N 端口模型通过N 个驱动点的阻力特征来描述给定半导体元器件到环境的热阻特征，同时，用Nx（N-1）传热热阻来描述同一块基板上不同元器件之间的耦合热阻。
NID 方法用的是时间或者频域响应来生成简化热模型[8][18]。用一个快速的热仿真工具[19]对响应曲线进行计算，即可得到用NxN 表示的、涵盖所有时间常数范围的基板热特性曲线。然后把时间常数转换成RC，即可用RC 的组合得到一个阶梯状热阻网络（阶梯数目的多少可根据需要的精度来确定），这个热阻网络即可和电网络一起用高效的计算方法进行仿真计算[20]。
图7：安装于一个用N-Port 方法建立的基板简化热模型上的二极管的电-热模型示意图
3.3 板级扩展
热仿真计算器会对回路中每一个热源进行热时间常数的自动计算。对于芯片级的IC 来说这种计算方法非常适用。
当器件的电性能与温度的相关性不大时我们可以使用“仅进行热仿真计算”模式。热仿真计算器现在是可以直接使用半导体封装的DCTM 模型的。通过对DCTM 及PWB 的详细模型一起进行仿真计算，我们就能得到元件以及基板的温度[6]。
在进行电-热协同仿真时，通常不仅想了解温度变化的情况，同时还想了解温度对电波形的瞬态影响。我们近期对仪器的功能进行了扩展，扩展后的仪器适用于用来生成固定于任何基板上的半导体元件的用于电-热仿真的DCTM 模型[21]。对于基板的N 端口网络模型来说，可以用和芯片的网络模型相同的方法来计算得到。在用DCTM 建立封装自身的模型时，其N 端口网络模型还应该同时考虑到管脚结构形式对模型的影响。
将DCTM 模型放到到元件管脚对应的基板位置以及元件自身电-热模型的结对应的位置之间，然后即可用电-热仿真工具进行求解计算。
共模电感器4. 不同结构LED 的模型
对于LED 来说，其发热功率应该等于总输入功率减去有效发光功率，这个热量才是应该附加给封装简化热模型的功率值：
heat el opt P = P − P
在我们前面的研究工作中提到，对于有些LED，它们有可能存在一个由串联电阻产生的固定热损耗[2]。因此，总发热量应该等于结和串联电阻发热量之和：
heat D opt R P = P &minu模压电感器s; P + P
其中D P 为总输入电功率， R P 为串联电阻的发热量。这个参数的确定方法很简单：2.2 节中我们曾讨论了用协同测量的方法确定opt P ，用同样的电路连接方式也可以测出串联电阻的发热量值。
串联电阻的位置可能跟结的位置非常接近，也可能离得非常远，通过这个特征我们可以把LED 的热模型分为热电阻型和冷电阻型两类。它们的区别在于，对于热电阻型来说，串联电阻产生的热量会和结产生的热量一起沿着结-管脚的热流路径流动，而对于冷电阻型来说，热则沿着不同的路径流动。在建立LED 的电-热仿真模型时，一定要注意到这个不同点。
5. 应用实例
我们研究了如图8 所示的RGB LED 模块。模块中的三个LED 采用的都是标准封装。甚至在此例中绿光LED 和蓝光LED 的结的结构都是非常相似的。
图8：研究对象LED 模块
5.1 测试
我们不但进行了单独的热瞬态测试还进行了热-光协同测试。热瞬态测试在JEDEC 标准静态测试箱和附加冷板两种不同的条件下进行。图9 显示的是在冷板（Gdriv_CP）上和在静态测试箱（Gdriv）中模压电感器测得的绿光LED 在驱动点附近的热阻特征。在图中可以看到在什么温度下以及在热阻值是多少时，热流路径产生分离。这个测试结果验证了我们前面的论述：在LED 封装内部可以假设热沿着唯一的通道从结流向其热沉。
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