Ganzheitliche Lösung für LED-Leuchtendesign
Thermische Herausforderungen von LEDs auf Systemebene meistern
Fortsetzung des Artikels von Teil 3
Physikalisches Testen
Physikalisches Testen ist ein sehr kostspieliger und zeitaufwändiger Ansatz zum Prüfen von spekulativen Designänderungen. Es ist aber sehr effektiv, um das endgültige Design zu validieren und Fertigungsprobleme zu untersuchen. Physikalisches Testen kann die Materialeigenschaften bestätigen, die in der Simulation zur Überprüfung der Klebeschichtdicke verwendet werden und Die-Attach-Probleme wie Hohlräume feststellen.
Der führende Ansatz nutzt die Tatsache, dass, wenn eine LED mit einem konstanten Durchlassstrom angesteuert wird, jede Änderung der Sperrschichttemperatur proportional ist zur Änderung der Durchlassspannung.
Bei der Standardtestmethode wird die LED durch Anlegen eines üblich großen Betriebsstroms (typisch 350 - 1500 mA) als Heizstrom angeschaltet. Nachdem die LED eine stabile Betriebsbedingung erreicht hat (kein weiterer Temperaturanstieg), wird dieser Strom abgeschaltet und gleichzeitig ein viel kleinerer Teststrom (z.B. 10 mA) zur Messung des LED-Kühlvorgangs angelegt. Die Möglichkeit, die Temperaturänderungen in Bezug auf die Zeit zu überwachen, liefert detaillierte Informationen darüber, wie die Wärme von der Sperrschicht durch jede Schicht im Pfad nach außen abfließt. Dies gestattet direkte Messungen der wichtigsten Wärmewiderstände im Wärmeflusspfad, zum Beispiel den so genannten Die-Attach-Widerstand.
Wegen der schnellen thermischen Reaktion der LED benötigt man eine moderne Messtechnik-Hardware, die beim Abschalten der Komponente die Temperaturänderungen innerhalb weniger Mikrosekunden messen kann. Diese Art der thermischen Transienten-Messung lässt sich zur Generierung präziser »Strukturfunktionen« verwenden. Diese liefern detaillierte interne Informationen für Power-LED-Packages und decken Die-Attach-Fehler sowie andere Probleme mit der strukturellen Integrität auf. Mentor Graphics’ T3Ster-Testhardware ist so ein thermischer Transienten-Tester, der mit einer Temperaturauflösung von 0,01 °C das Einschwingverhalten einer LED nach nur 1 µs erfasst. Zusammen mit dem TeraLED-System, das neben den oben beschriebenen Eigenschaften zur physikalischen Messung auch eine Ulbricht-Kugel zur optischen Messung mit temperaturgesteuerter Cold-Plate für die zu testende LED enthält, können Parameter wie der gesamte Lichtstrom, der gesamte radiometrische Fluss (auch als optische Leistung bekannt), der gesamte Scotopische Fluss und Tristimulus-Werte abgeleitet werden.
Mit einem Spektrometer, das mit der Kugel verbunden ist, lassen sich Spektralanalysen durchführen. Die Strom- und Temperaturabhängigkeit der Dioden-Charakteristiken, optischen Leistung, Lichtausbeute, des Lichtstroms, des Scotopischen Flusses und der Farbkoordinaten lassen sich mit einer einzigen kombinierten Messung ermitteln und als Funktion des Steuerstroms der LED, Junction-Temperatur oder Cold-Plate-Temperatur darstellen.
- Thermische Herausforderungen von LEDs auf Systemebene meistern
- Designbetrachtungen auf Systemebene
- Die Rolle der Simulation beim LED-Systemdesign
- Physikalisches Testen
- Analyse der LED-Wärme und »Hot Lumen« bei einem bestimmten Strom
- Schnell zur optimalen Lösung
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