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基于瞬态响应的LED热阻测试原理及算法研究
作者 : 董宇航
学位授予单位 : 中国计量学院
学位名称 : 硕士
导师姓名 : 岑松原
学位年度 : 2014
关键词 : 瞬态；热阻；热容；反卷积；网络函数模型；LED
摘要 : 随着LED（Light emitting diode）光效的提高，其在各个领域的应用越来越广泛。限制LED各方面性能指标进一步提高的一个主要问题在于越来越高的功率将使LED结温进一步升高，这样就提高了对器件散热能力的要求。热阻和热容常用于评估散热能力，但是一般测试方法只能测量整体热阻。实际上，测试人员更关心的是器件内部每一层的热阻热容。本文研究课题是基于瞬态响应的热阻测试原理及算法研究，目的在于通过程序中的数值计算，无损的检测器件内部的热容热阻。主要研究内容如下：1.基于瞬态热响应的热阻测试原理研究。首先分析了热学和电学的基本理论：介绍了传热的三种基本方式，热传导、对流和辐射。由于热阻热容网络的概念和电阻电容网络的概念类似，因此推导了热分析的电路等效模型。然后基于激励和响应象函数，对电学中的网络函数进行定义。最后对一个n阶FOSTER网络模型进行了零状态响应电压函数分析。理论分析证明电学中的电压响应函数与热学中的瞬态温度响应函数具有相同的表达式。2.基于瞬态热响应的解调算法的研究。首先介绍了整个瞬态热阻测试的流程：由测得的电压曲线求出温度响应函数，通过与权重函数的反卷积获得时间常数频谱，对其离散化后可得到FOSTER网络模型，经过网络模型转换后，CAUER网络模型就代表实际物理结构的热阻热容。然后对瞬态热阻测试理论中的关键概念做了分析和推导，包括结温和热阻、RC网络和时间常数、两种结构函数，最后对时间常数频谱的概念进行解释。由于瞬态热响应的解调算法较复杂，因此单独分析其中两个关键步骤：反卷积算法和网络模型转换算法。对其中主要理论公式进行了推导，最后还针对可能出现的数值计算的问题，提出了可能的改进方法。3.通过仿真对瞬态热响应的解调算法进行了验证。首先利用热阻等效电路法进行验证：利用已知电阻电容建立一个3阶的电阻电容网络模型，对电压响应函数进行理论推导；然后基于电压响应函数，使用该算法对原始的电阻电容值进行反推导，并和原始的电阻电容值相比较。其次利用瞬态热阻测试仪T3Ster的采样结果对算法进行验证：利用T3Ster测得的原始数据，如AD采样值，对时间常数频谱、网络函数和最后的热容热阻函数模型进行推导，并与T3Ster的计算结果进行比对。以上两个仿真结果都验证了本文提出的基于瞬态热响应的热阻测试算法的合理性和可靠性。