LED熱特性實際應(yīng)用關(guān)鍵性能探討

　　Zth曲線圖中的數(shù)據(jù)使計算熱容和熱阻的總體曲線圖成為可能，也就是著名的結(jié)構(gòu)函數(shù)。它是結(jié)點至環(huán)境熱流路徑中熱阻抗網(wǎng)絡(luò)模型的圖形表示形式。結(jié)構(gòu)函數(shù)的形式與實際結(jié)點至環(huán)境熱流路徑保持一一對應(yīng)的關(guān)系。元件的結(jié)點始終在圖形的原點。圖5中的圖形就描述了這一概念。

　　在LED元件中，由半導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量從它的自身開始傳遞。結(jié)點被加熱，之后熱量通過許多熱阻，同時加熱熱流路徑上的物體。事實上，熱量通過的熱阻越多，更多的熱容被加熱。

　　在圖5中，最初的曲線非常陡峭，同時熱容被加熱。這個曲線進行了注解，描述了LED/MCPCB，封固劑（導(dǎo)熱硅脂）和照明設(shè)備三個階段。但在第一個階段內(nèi)，曲線描述了更小的一些階段，譬如Die attach，散熱板，甚至是緊固銅散熱板和MCPCB的膠水。注意這個圖形證實了早期的一個論點，那就是LED自身的熱阻占整個系統(tǒng)結(jié)點至環(huán)境熱阻的50%。

　　再次查看圖3，注意測量的僅僅是LED元件兩端的電壓。系統(tǒng)是如何得到了整個照明設(shè)備的熱數(shù)據(jù)呢？答案就是監(jiān)控和觀察溫度的下降曲線。

　　當(dāng)LED Die的溫度開始下降，由于只有一個對其溫度有影響的物體直接連接著它，它的溫度下降緩慢。Die 溫度下降所需要的時間主要取決于熱容，它可以存儲熱量。測試系統(tǒng)監(jiān)控溫度微小的改變，并且將其變換為熱阻/熱容數(shù)據(jù)點，如果具有一樣的特性則會看到類似的曲線。所以對測試系統(tǒng)的靈敏度有很高的要求。

　　從測試到模型

　　結(jié)構(gòu)函數(shù)幫助工程師*估整個散熱路徑中的各個部分。重要的是它們可以幫助揭示設(shè)計中存在的問題，這些問題可能影響設(shè)備的生產(chǎn)或可靠性。

　　結(jié)構(gòu)函數(shù)可以進一步轉(zhuǎn)變成簡化模型，也就是一個包含熱阻熱容的等效網(wǎng)絡(luò)，它包含了結(jié)構(gòu)函數(shù)圖形中所包含的所有數(shù)值。圖6描述了類似功率LED等半導(dǎo)體元件的一個通用模型。當(dāng)然，實際的模型中R和C會有具體的數(shù)值。

　　借助瞬態(tài)熱測試得到的R/C網(wǎng)絡(luò)模型可以直接被用于熱設(shè)計工具中，在這些熱設(shè)計工具中對LED系統(tǒng)進行熱仿真。為了滿足市場對于它們產(chǎn)品更多熱性能數(shù)據(jù)的要求，一些半導(dǎo)體供應(yīng)商開始使用瞬態(tài)模型去描述它們功率開關(guān)和類似產(chǎn)品的熱性能，這也為LED供應(yīng)商在將來也遵從這種做法提供了借鑒。

　　光度測量揭示LED的真實顏色

　　先前所有的努力使照明設(shè)備達到投放到市場的端口。然而，此時必須回答一個重要的問題：當(dāng)照明設(shè)備工作在它規(guī)定的溫度范圍內(nèi)，它預(yù)期發(fā)出多少光？在產(chǎn)品批量生產(chǎn)之前，必須提供樣機完整的光度和輻射特性。在現(xiàn)在自動化工具的幫助下，熱和光測量可以被同時進行。

　　為了同時進行測量，之前已經(jīng)解釋了熱測試必須與一個子系統(tǒng)相結(jié)合，這個子系統(tǒng)是滿足CIE1要求（參見備注）的條件下，用于測試LED光輸出。這個子系統(tǒng)包含了一個恒溫器（類似冷板）和探測器。兩個器件由特定的軟件進行控制。一個完全整合的熱/輻射/光度測試系統(tǒng)可以描述照明設(shè)備的熱阻和光輸出特性，包括了輻射熱流（也就是輸出光功率），光通量和染色性。這些值可以在不同的參考溫度和前向電流條件下，同時得到測量。

　　重要的是，對于普通循環(huán)光度測試增加熱瞬態(tài)測試不會明顯增加測試時間。這是因為貼附到冷板的功率LED結(jié)溫通常在30~60S之內(nèi)達到穩(wěn)定。LED熱阻測試之前的加熱過程，是一個相類似的過程。因此，加上熱測試的測試時間與僅僅光輸出測試的時間是一樣的；所有的這些特性必須在LED熱穩(wěn)定的條件下測量。

　　溫度：參考，周圍的，環(huán)境…

　　熱管理解決方案的結(jié)點至環(huán)境的熱阻很容易受到環(huán)境溫度的影響，從而使測試結(jié)果失真。因此當(dāng)預(yù)測照明設(shè)備熱性能時，測試環(huán)境溫度也就是參考溫度必須注明。但熱和光度/輻射測量被同時完成時，參考溫度就是冷板的溫度。

　　正如之前的解釋，LED特性的工業(yè)標準化工作還在進行，這也意味著供應(yīng)商在描述它們產(chǎn)品和提供相關(guān)數(shù)據(jù)時有很大的自由度。通常環(huán)境方面的信息不會得到重視。關(guān)于產(chǎn)品性能的數(shù)據(jù)可能是照明設(shè)備處于最佳照明時得到的，可以說忽略了真實工作條件下的一些影響。例如，通常供應(yīng)商提供的LED數(shù)據(jù)是在25oC的環(huán)境溫度條件下，即便LED安裝在燈具中之后其安裝面的溫度為50oC，甚至80oC。在工作狀態(tài)下，實際的LED結(jié)溫可能處于80~100oC的范圍，從而引起光通量的急劇下降。