LEDの熱抵抗測定

質問

LEDの熱抵抗測定に関して教えてください。
ネットなどで検索をすると『ΔVFによる熱抵抗測定』とあります。
『1mAなど小さな電流でVF1を測定後、100mAなどの大きな電流でLEDを加熱し、その後もう一度1mAなど小さな電流でVF2を測定する。
ΔVF=VF1-VF2とし、この関係から熱抵抗を換算する。』とあります。
具体的には、どのような方法なのでしょうか？
熱抵抗を知るには、ケース温度と周囲温度、Ｐが必要だと理解しています。周囲温度とＰ(=VF測定×印加電流）は実際に測定するとして、
ケース温度を測定することはできません。
ΔVF=VF1-VF2の関係からどのように展開すれば、熱抵抗を知ることができるのでしょうか？
どなたか分かる方がいましたらお教えください。

回答No.2

tance · ベストアンサー

tanceです。

熱抵抗は1Wの電力を与えるとどのくらい温度上昇が起こるか、という
数値です。温度上昇を、加えた電力で割ったものです。
従って、　Rth=(Tj-Tc)/P　のPは加えた電力です。

次に図を見てください。電流を1mA流して温度を恒温槽などでT1とT2の
二通りに変化させ、VF1とVF2を計っておきます。

この例だと、25℃の温度変化でVFは0.05V変化しています。温度が上がる
とVFが下がることが解ります。そして、１℃あたり
0.05V / 25℃ = 2mV / ℃
であることが解ります。つまり、自己発熱しない電流にて、LEDの温度を
変えてVFを計ることで、LEDが温度計として使えるようになった訳です。

1mA流れているときには１℃温度上昇するごとに2mV VFが減少することが
解ったわけです。

次はいよいよLEDを発熱させます。
大電流を流し十分温度が平衡状態になったころを見計らってVF3を
計ります。これは温度計としては使えない数値です。なぜなら1mAでは
ないからです。このVF3は発熱状態のときの電力Pを求めるために測定
します。

次に電流を1mAにします。つまり、温度計モードに入るわけです。
発熱で上昇した温度が下がらないうちに、素早くVF4を測定します。
このVF4は1mAでのVFですから、温度を求めるために測定します。

VF1とVF4からそのときの温度が計算できます。25℃のとき1.35Vで
Tx℃のとき1.26Vだということが解り、LEDは１℃あたり-2mV
であることが解っていますから、1.35V - 1.26V = 90mV　のVF減少
は、90mV / 2mV = 45℃の温度上昇に当たることが解ります。

次は電力です。たとえば、IF3は100mAだったとして、VF3が1.38V
ですからLEDが消費していた電力は138mWだったことになります。

138mW与えて45℃温度上昇したわけですから 熱抵抗は
Rth=45 / 0.138 = 326℃/W　として求めることができます。

お礼

ご回答ありがとうございます。
丁寧に回答いただいたので非常に分かりやすく理解できました。
ありがとうございました。

回答No.1

tance

1mA流してVFを計る・・・というのがLEDのケース温度（正確には
接合部温度）を計っているのです。この1mA流してVFを計るという部分は
実は周囲温度を変えて少なくとも２回計る必要があります。
たとえば、周囲温度20℃でVFを測り、次に周囲温度50℃でも計ります。
これにより温度差30℃におけるVF差がわかります。

つまり、VFの温度依存性をあらかじめ計っておくことで、温度計の
働きをさせる訳です。1mAなどの低電流で計るのは、自己発熱なしで
測定をするためです。

まとめると：
１．LEDを温度計にするために1mAなどの低電流で温度差に対するVF差
　　を計っておく。
２．上記の実験で、VFの温度依存性（温度感度）を求めておく。
３．大電流での測定を始める前に、そのときの周囲温度における1mAでの
　　VFを計っておく。（発熱前のVF）
４．所定の電流を流して発熱させる。
５．電流を1mAに下げる。
６．LEDが冷えないうちにVFを計る。
７．発熱前後のVF差より温度差を求める
８．加えた電力で温度差を割って熱抵抗を求める。

という具合です。

お礼

ご回答ありがとうございます。
丁寧にご回答いただいたのですが、私が全くの素人でして理解できませんでした。
大変申し訳ないのですが、詳しく教えていただけないでしょうか？
====================================================
Rth=(Tj-Tc)/P
Rth:熱抵抗,Tj:ジャンクション温度,Tc:ケース温度or周囲温度,P:??
====================================================
_________|---------|________
VF1(IF1) VF2(IF2) VF3(IF1)

回答いただいた内容から、
・Tcは、IF1(1mA)を流した温度(発熱無しとして周囲温度25℃など)
・Tjは、予めVFとの相関を調査しておく。
　調査の方法は、LEDを高温層に入れ各温度に対するVFを測定する。
　そのときの電流値はIF2(大電流)
　電圧に対する係数kを求めておく。
・Pは、IF2×VF2でしょうか？

これよりRthは、
Rth=(k*(VF3-VF1)-25℃)/VF2*IF2
と計算すれば良いのでしょうか？

これで何故熱抵抗が分かるのでしょうか？
申し訳ございませんが、お教えいただけると助かります。