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Togotech: 새 문서: 삼성전자 LED, LH351D 규격서 분석

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전자부품

LED

LED 규격서 분석

조명용 고출력 LED, 3535크기...

2020-05-17T12:34:58Z

새 문서: 삼성전자 LED, LH351D 규격서 분석 <ol> <li>링크 <ol> <li> 전자부품 <ol> <li> LED <ol> <li> LED 규격서 분석 <ol> <li>조명용 고출력 LED, 3535크기...

새 문서

삼성전자 LED, LH351D 규격서 분석
<ol>
<li>링크
<ol>
<li> [[전자부품]]
<ol>
<li> [[LED]]
<ol>
<li> [[LED 규격서 분석]]
<ol>
<li>조명용 고출력 LED, 3535크기 3A 10W
<ol>
<li> [[삼성전자 LH351D]] - 이 페이지
<li> [[Cree XP-L]]
</ol>
</ol>
</ol>
</ol>
</ol>
<li>삼성전자, LH351D
<ol>
<li>홈 페이지 https://www.samsung.com/led/lighting/high-power-leds/3535-leds/lh351d/
<ol>
<li>최대 소비전력 9.8W @3.0A, 공칭 소비전력(typical) 3.0W @1050mA
<li>광속(Luminous Flux) 460lm@1050mA
<ol>
<li>마음대로 광효율: 460루멘@3W이므로 W당 150루멘. 683루멘이 1W이므로, 22%, 즉 약 20% 광효율이다.
</ol>
</ol>
<li>데이터 시트 - 2020년 5월 홈 페이지에서, Lighting 제품군 - High Power - 3535 - LH351D - 27p
<li>표지에서
<ol>
<li>데이터 시트에서
<gallery>
image:led_spec01_000.png
</gallery>
<li>개정판 9.3 - 내용을 많이 수정했다.
<li>Hot binning @85'C란 주변온도 85도에서 전기적, 광학적 특성을 측정해서 등급별로 분류했다는 뜻이다.
</ol>
<li>절대 최대 사용조건
<ol>
<li>데이터 시트에서
<gallery>
image:led_spec01_001.png
</gallery>
<li>사용온도 -40도~+105도
<ol>
<li>사용온도는 이 제품(3.5x3.5mm 제품이 설치되는) 주변 공기 온도를 말한다.
<li>최대 사용온도 105도는 이곳에만 등장한다. 그러므로 규격 활용 일관성 차원에서 문제가 있다.
</ol>
<li>접합온도 150도
<ol>
<li>PN junction 위치에서 최대 허용온도를 말한다.
<li>150도를 넘지 않게 사용전류를 조정해야 한다. 방열을 잘하면 접합온도가 쉽게 올라가지 않으면 사용전류를 많이 흐르게 할 수 있다.
<li>이 제품을 사용하기 위해서는, 방열 능력(최대 사용전류 결정)을 알아야 하므로, 이 접합온도를 측정해야 최대 성능으로 사용할 수 있다.
</ol>
</ol>
<li>공칭(typical) 특성 (공칭값이므로 접합온도 85도에서 측정한 값이다.)
<ol>
<li>데이터 시트에서
<gallery>
image:led_spec01_002_001.png
</gallery>
<li>상대 밝기 그래프에서
<ol>
<li>1050mA에서 밝기를 100이라고 하면, 3A에서는 220이다.
<li>이는 광속(Luminous Flux) 460lm@1050mA이므로 3A에서는 1310루멘이라고 가정할 수 있다.
<ol>
<li>3A는 10W이므로, W당 131루멘이 된다. 19% 광효율이다. (공칭값 1050mA에서는 20% 광효율)
</ol>
</ol>
<li>V-I 그래프에서
<ol>
<li>공칭전류 1050mA를 위해서는 약 2.9V가 필요하다. -> 3.0W 소비전력
<li>최대전류 3000mA를 위해서는 약 3.3V가 필요하다. -> 10W 소비전력
</ol>
</ol>
<li>온도 특성 (공칭전류 1050mA에서 측정한 값이다.)
<ol>
<li>데이터 시트에서
<gallery>
image:led_spec01_002_002.png
</gallery>
<li>접합온도에 따른 상대 밝기 그래프에서
<ol>
<li>접합온도 85도에서 밝기가 100이라면 25도에서는 10% 증가한 110, 105도에서는 96%가 나온다.
<li>사용온도범위가 -40도~+105도이므로 -40도씨까지 그래프를 제공해야 했다.
<li>특히, 접합온도는 150도까지 허용하므로, 결국 -40도~+150도까지 제공해야 한다.
<li>이는 열저항 등을 계산할 때, 온도에 따른 광효율을 알아야 정확히 열로 소모되는 전력을 고려해야하기 때문이다.
<li>그래프를 눈으로 외삽하여 볼 때, 150도에서 광효율은 80%까지 생각할 수 있다. 이는 공칭 19% 광효율이 15%까지 떨어질 수 있다.
</ol>
<li>접합온도에 따른 Vf 그래프
<ol>
<li>"접합온도를 알아낼 수 있는" 매우 중요한 그래프이다.
</ol>
</ol>
<li>전기-광학 특성
<ol>
<li>데이터 시트에서
<gallery>
image:led_spec01_003.png
</gallery>
<li>접합온도 85도에서 1050mA 흘려주면 forward voltage(Vf)는 2.6~3.2V이다.
<ol>
<li>해석
<ol>
<li>접합온도를 85도 유지하기 위해서는 이 제품을 85도씨에서 측정해야 한다.
</ol>
<li>문제
<ol>
<li>인가전력에 의해 접합이 (+0.1도씨 이상) 뜨거워지면 안되므로 측정 에너지를 낮추어야 한다.
<li>power dissipation factor는 열저항 역수이므로 아래, 2.2도/W의 역수인 0.45W/C이다.
<li>0.1도 상승은 0.045W이다. 그런데 측정을 위해 1050mA x ~3V = 3W 이므로 6.6도 상승 효과를 갖는다.
<li>DC로 긴 시간을 가해 측정하면 측정중 6.6도 상승하므로 85도 + 6.6도 = 92도에서 측정한 결과값이 나온다.
</ol>
<li>해결
<ol>
<li>짧은 시간동안 측정한다.
<li>3W, 10ms동안 인가하여 측정한다면 에너지인 0.03 joule이 소모된다.
<li>제품 체적 3.5x3.5x2.33mm(높이 반구) 이지만
<ol>
<li>10msec 동안 열전달은 GaN 칩과 알루미나 기판에서만 일어난다고 가정하면
<li>칩 체적(가정) 2x2x0.2 = 0.0008cm^3, 밀도 6.15g/cm^3, 무게: 5mg
<li>기판 체적(가정) 3.5x3.5x0.43 = 0.005cm^3, 밀도 3.9g/cm^3, 무게: 20mg
<li>GaN(Gallium nitride) 비열(Specific heat) 0.49 J/gK
<li>알루미나 비열(Specific heat) 0.9 J/gK
</ol>
<li>열용량 = 비열 x 질량 x 온도차 인데, 알루미나 기판만을 고려
<ol>
<li>0.03J = (0.49 J/gK) x (0.02g) x K
<li>K = 3도씨, 즉 3도씨 상승한다.
</ol>
<li>10msec 동안 3W 인가하는 것(0.03주울)도 접합온도를 1도씨 상승시킬 수 있다. 더 짧게 측정해야 한다.
<ol>
<li>Keithly 2601B 소스미터 pluse 모드는 10A 10V에서 최소 10usec 펄스로 측정이 가능하다.
<li>즉, 위 10msec 측정보다 발열에너지를 1/1000 소모하므로 접합온도를 ~0.01도 상승시키는 것에 불과하다.
</ol>
</ol>
</ol>
<li>열저항(납땜지점에서 접합까지)은, 접합온도 25도씨에서 2.2도/W이다.
<ol>
<li>여기서 W는 인가전력이라고 가정한다.
<ol>
<li>인가전력 중 빛으로 변환되는 광효율이 약 20%이므로 80%는 열로 소모된다.
<li>그러므로 순수한 열저항을 계산할 때 W는 열로 소비되는 전력이어야 하므로, 입력 전력의 80%만 고려한다.
<li>그러나 최악의 경우를 생각하므로 모든 계산은 인가전력을 사용한다. 즉, 20% 여율율을 고려한다.
</ol>
<li>이 제품의 최대인가전력이 10W이므로 납땜지점을 아무리 잘 식혀도 접합온도는 납땜지점에 비해 22도 상승된다.
<ol>
<li>이 말은 최대 접합온도가 150도까지 이므로, 3A(10W)에서는 납땜지점에서의 온도를 150-22=128도 이상 사용하지 말라는 뜻이다.
<li>어떠한 경우에도(아무리 방열을 잘해도) 이 제품의 주변온도는 128도 넘기지 말라는 뜻이다.
<li>그러면 최대 사용온도는 128도가 되는데, 규격서에는 105도로 되어 있다.(????????)
</ol>
</ol>
</ol>
<li>derating 커브(부하경감 곡선)
<ol>
<li>데이터 시트에서
<gallery>
image:led_spec01_004.png
</gallery>
<li>방열 기술자에게 제공하는 그래프이다.
<ol>
<li>Rth(j-a) 은 열저항(접합-주변온도)의 약자이다.
<li>파랑그래프는 열저항 5도/W로 설계된 방열시스템인 경우이다.
<ol>
<li>10W 소모하므로, 5도/W에 곱하면 50도가 된다.
<li>즉, 주변온도에 비해 접합온도가 50도 상승하게 설계된 방열시스템을 말한다.
<li>허용 접합온도를 150도이므로 50도를 빼면 100도까지만 주변온도에서 사용하라는 뜻이다.
</ol>
<li>오렌지색은 10도/W이므로 10W를 곱하면 100도씨이므로 주변온도가 50도까지만 3A(10W)를 인가하라는 뜻이다.
<li>검정은 15도/W이므로 10W인가하면 150도씨 올라가므로 주변온도를 0도까지만 3A인가해야 한다.
</ol>
<li>즉, 조명 기술자(LED 조명 설계자)는 이 제품을 사용하는 방열시스템의 열저항을 알아야 한다.
<ol>
<li>열저항을 낮게 설계해야 주변온도가 상승해도 충분한 전력을 공급해서 밝기를 유지할 수 있다.
<li>주변(공기)온도는 쉽게 측정할 수 있다.
<li>그런데 접합온도를 측정하는 것은 쉽지 않다. 접합온도를 측정하지 못하면 조명 시스템을 설계할 수 없다.
</ol>
</ol>
<li>신뢰성 시험 규격
<ol>
<li>데이터 시트에서
<gallery>
image:led_spec01_005.png
</gallery>
<li>room temperature life test에서
<ol>
<li>어떻게 25도씨를 유지하면서 최대전류 3A, 10W를 인가해야 하는지 모르겠다.
<ol>
<li>이 25도가 주변온도라면, 접합온도가 150도씨가 넘지 않게 어떤 방법을 취해야 한다.
<li>이 취해야 할 방법에 따라 고장(접합온도가 150도 초과)이 날수도 안날수도 있기 때문이다.
</ol>
<li>물어보자.
</ol>
</ol>
</ol>
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 삼성전자 LED, LH351D 규격서 분석
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 <li> [[전자부품]]
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 <li> [[LED 규격서 분석]]
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 <li> [[삼성전자 LH351D]] - 이 페이지
 <li> [[Cree XP-L]]
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삼성전자 LH351D - 편집 역사

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