Везде говорят что светодиоды практически не греются. Так почему светодиодным приборам нужен теплоотвод и что будет если теплоотвода нет?
В светодиоде светится так называемый p-n переход кристалла. Грубо говоря, это место где один тип металла (-p) соединяется с другим типом (-n). Задача – найти такое сочетание различных проводников, чтобы из этой зоны с минимальными потерями выходило как можно больше света.
И вот здесь начинаются проблемы. Идеальной комбинации -p и -n проводников пока еще не найдено, да и навряд ли найдут, и потери, хотим мы того или нет, – всегда будут. Поэтому вместе с частичками видимого света излучается еще и небольшое количество тепла. В прошлом, когда светодиоды были настолько тусклыми, что использовались лишь в индикации, это испускаемое тепло никто и не считал – столь ничтожно малым оно было.
Сейчас же, с появлением мощных и сверхмощных светодиодов соотношение света и тепла, излучаемое кристаллом осталось прежним, но теперь оно уже более ощутимое. Для наглядности посмотрите на обычную рядовую микросхему. Допустим, это чип размером 1 на 1 см. Чем больше эта микросхема выполняет задач, тем сильнее она греется. Но если это простая микросхема, теплоотводом может служить и сам корпус микросхемы, а также металлические выводы-контакты, которыми она припаяна к плате. Если же мы хотим внутри такой же микросхемы расположить в миллионы раз больше полупроводниковых элементов и заставить эту микросхему выполнять в миллионы раз больше операций – выделение тепла возрастет во много раз и нам потребуется ее охлаждать принудительно. Чтобы далеко не ходить, посмотрите на любой из ныне существующих компьютерных процессоров – они все снабжены алюминиевым или медным радиатором с принудительным обдувом вентилятором.
Примерно тоже самое происходит и в светодиоде. Когда мы с одной и той же площади чипа пытаемся «выжать» больше света, пропорционально растет количество выделяемого тепла внутри самого кристалла. И чтобы его отводить, нужно охлаждение.
Так, мощным светодиодам типа «пиранья» в качестве теплоотвода достаточно своего корпуса и печатной платы, на которую крепится светодиод. А вот для сверхмощного светодиода уже потребуется дополнительное охлаждение в виде радиатора. Но откуда же возникает это тепло? В светодиоде, как уже говорилось, существуют потери во время преобразования электричества в свет. Но часть этого света (фотонов) остается внутри кристалла. К кристаллам, где выходит относительно много света и мало остается внутри, применительно определение «высокий квантовый выход». Если же светодиод сам по себе не достаточно яркий и на один ватт подаваемого напряжения приходится относительно мало «выходных» люмен, то здесь применительно определение «кристалл с низким квантовым выходом».
Так что у любого среднестатистического светодиода температура чипа всегда растет вместе с его мощностью. Типичная рабочая температура производимых на сегодняшний день светодиодов составляет от 50°С до 120°С, а с учетом постоянного развития технологий в ближайшем будущем может достигнуть и 200°С.
Если мощные светодиоды объединены в некую сборку, да еще и установлены в герметичный корпус, то нагрев становится значительным. И если не происходит отвод тепла, полупроводниковый переход перегревается, отчего изменяются характеристики кристалла, и через некоторое время светодиод может выйти из строя. Так что очень важно строго контролировать количество тепла и обеспечивать эффективный теплоотвод. Тепловые характеристики приборов просчитываются уже на стадии проектирования, что исключает любые проблемы в эксплуатации.
В светодиоде светится так называемый p-n переход кристалла. Грубо говоря, это место где один тип металла (-p) соединяется с другим типом (-n). Задача – найти такое сочетание различных проводников, чтобы из этой зоны с минимальными потерями выходило как можно больше света.
И вот здесь начинаются проблемы. Идеальной комбинации -p и -n проводников пока еще не найдено, да и навряд ли найдут, и потери, хотим мы того или нет, – всегда будут. Поэтому вместе с частичками видимого света излучается еще и небольшое количество тепла. В прошлом, когда светодиоды были настолько тусклыми, что использовались лишь в индикации, это испускаемое тепло никто и не считал – столь ничтожно малым оно было.
Сейчас же, с появлением мощных и сверхмощных светодиодов соотношение света и тепла, излучаемое кристаллом осталось прежним, но теперь оно уже более ощутимое. Для наглядности посмотрите на обычную рядовую микросхему. Допустим, это чип размером 1 на 1 см. Чем больше эта микросхема выполняет задач, тем сильнее она греется. Но если это простая микросхема, теплоотводом может служить и сам корпус микросхемы, а также металлические выводы-контакты, которыми она припаяна к плате. Если же мы хотим внутри такой же микросхемы расположить в миллионы раз больше полупроводниковых элементов и заставить эту микросхему выполнять в миллионы раз больше операций – выделение тепла возрастет во много раз и нам потребуется ее охлаждать принудительно. Чтобы далеко не ходить, посмотрите на любой из ныне существующих компьютерных процессоров – они все снабжены алюминиевым или медным радиатором с принудительным обдувом вентилятором.
Примерно тоже самое происходит и в светодиоде. Когда мы с одной и той же площади чипа пытаемся «выжать» больше света, пропорционально растет количество выделяемого тепла внутри самого кристалла. И чтобы его отводить, нужно охлаждение.
Так, мощным светодиодам типа «пиранья» в качестве теплоотвода достаточно своего корпуса и печатной платы, на которую крепится светодиод. А вот для сверхмощного светодиода уже потребуется дополнительное охлаждение в виде радиатора. Но откуда же возникает это тепло? В светодиоде, как уже говорилось, существуют потери во время преобразования электричества в свет. Но часть этого света (фотонов) остается внутри кристалла. К кристаллам, где выходит относительно много света и мало остается внутри, применительно определение «высокий квантовый выход». Если же светодиод сам по себе не достаточно яркий и на один ватт подаваемого напряжения приходится относительно мало «выходных» люмен, то здесь применительно определение «кристалл с низким квантовым выходом».
Так что у любого среднестатистического светодиода температура чипа всегда растет вместе с его мощностью. Типичная рабочая температура производимых на сегодняшний день светодиодов составляет от 50°С до 120°С, а с учетом постоянного развития технологий в ближайшем будущем может достигнуть и 200°С.
Если мощные светодиоды объединены в некую сборку, да еще и установлены в герметичный корпус, то нагрев становится значительным. И если не происходит отвод тепла, полупроводниковый переход перегревается, отчего изменяются характеристики кристалла, и через некоторое время светодиод может выйти из строя. Так что очень важно строго контролировать количество тепла и обеспечивать эффективный теплоотвод. Тепловые характеристики приборов просчитываются уже на стадии проектирования, что исключает любые проблемы в эксплуатации.
Очень интересный факт о диодах!
ОтветитьУдалить