PDF《有关大功率LED实时热阻分析》

7 所示. 4.1 热阻分析实例 以实际大功率LED为例, 将热阻分析应用于实际工程中, 针对不同热沉的条件下的热阻进行分析.由于选用合适的热 沉材料对于大功率 LED 热阻具有较大的影响,因此可以通过 对热阻的分析实现对大功率 LED 散热性能的改善. 本文采用不同的铝基板作为热沉,通过基于多点温度测 量对不同的大功率 LED 铝基板下热阻的变化情况进行分析, 并最终得出一个最优的热沉设计方案.表1为在不同热沉下 获得的热阻. 其中,基板热阻为大功率 LED 的PN 结到基板的热阻;

空气热阻为 LED 器件 PN 结到空气的热阻,它们根据不同点 的温度值得到不同的热阻.由表

1 可知,以AlN 做为热沉的 大功率 LED 基板热阻最小,散热性能最好;

而以 Al 做为热 沉的大功率 LED 基板热阻最大,散热性能最差,因此可以选 择AlN 作为热沉材料降低 LED 器件的热阻值. 如表 4-1 所示, 不同的铝基板不但使基板热阻有所不同,还使环境的热阻也 发生了变化.这说明选择合适的热沉,对大功率 LED 热阻是 有很大的影响的,这就会决定了整个大功率 LED 散热性能的 好坏. 4.2 基于Hilbert-Huang变换的热阻分析 由于实验所获得的热阻分析结果可能会夹杂着噪声信 号,因此本文采用基于经验模态分解 ( 即EMD) 的Hilbert- Huang 变换对基于多点温度测量的热阻分析结果进行进一步 处理.Hilbert-Huang 变换对信号处理主要有两个步骤:首 先应用 EMD 获得有限数目的 IMF,再应用 Hilbert 变换和瞬 时频率方法获得信号的 Hilbert 谱. 对于热阻分析来说,EMD 的过程如下: 首先要根据热阻分析结果 X(t)确定其全部局部极值点, 令m1 为上包络线和下包络线的平均值,h1 为与平均值 m1 之差,则(9) 当h1(t)满足固有模态函数的定义,那么 h1(t)就作 为X(t)的第一个 IMF 分量;

当h1(t)不满足 IMF 的定义, 就将 h1(t)作为数据重复以上步骤,那么: (10) 其中:数据 h1(t)的上下包络线的平均值为 m11(t). 从原始数据 X(t)中将 c1 分离出来可得: (11) 再重复以上步骤,把r1(t) 作为新的原始数据,直到出现 第二个满足 IMF 的分量 c2,如此循环下去直到原信号里不含 有IMF 分量: (12) 热沉 ΔtB- S(℃ ) ΔtS- A(℃ ) P(W) RB- S(℃ /W) RS- A(℃ /W) Rth(℃ /W) Al 29.0000 41.6375 1.105W 26.27 37.67 63.94 Al2O3 9.5625 35.0625 1.207W 7.89 28.56 36.45 AlN 4.7125 18.2500 1.140W 4.14

16 20.14 图7 软件界面图 表1 不同热沉下热阻分析结果

91 90 为了确保每一个 IMF 具有实际的物理意义,可以将 IMF 的第二条判定条件转化为以下标准,如式 (13) 所示: (13) 其中,0,1,…,T 是平均包络线包含的所有时刻;

m1k(t) 是本次循环过程中 IMF 分量提取模块中求得的平均包 络;

m1(k-1)(t) 是上一次循环过程中 IMF 分量提取模块中求得 的平均包络;

而合理的 SD 在0.2 ~ 0.3 之间的取值范围内. 直到不能提取满足 IMF 的分量,rn(t) 成为一个单调函数时, 整个循环结束.原始数据则可以由 IMF 分量与最后残量之和 表示,记为: (14) 应用 EMD 方法对大功率 LED 热阻分析结果进行分解 的整个过程,如图

8 所示. 4.3 基于EMD的Hilbert-Huang变换 应用 EMD 获得有限数量的 IMF 后,就要对每个 IMF 进行希尔伯特变换,对实函数的变换公式如下: (15) 由卷积定理可知: (16) 因此 Hilbert 变换的实质其实就是 x(t) 通过 Hilbert 滤波 器,而Hilbert 滤波器其实就是........