简析LED照明在实际应用中的热特性

　　表1：热瞬态测试流程

　　在电子行业，术语“Z&rdquo电感器生产厂家;代表阻抗，在电感计算我们的例子中代表热阻抗。在热阻抗的曲线中，其表示温差除以热功耗的值。因此，图4中的Z曲线表述了对于1W热功耗的温度改变。

　　热阻抗曲线Zth总体来看比较平滑，但共模电感局部还是有波动，工程师需要解释其中的原因。而且它是由大量密集的数据点所构成，所以潜在的信息非常丰富。集成先进应用数学且功能强大的热测试系统可以提供非常有用的Zth和时间曲线的分析变换。

图4 Zth曲线代表加热功率1瓦时，温度vs.时间

结构函数的形式与实际结点至环境热流路径保持一一对应的关系。元件的结点始终在图形的原点。图5中的图形就描述了这一概念。

　　在LED元件中，由半导体产生的热量从它的自身开始传递。结点被加热，之后热量通过许多热阻，同时加热热流路径上的物体。事实上，热量通过的热阻越多，更多的热容被加热。

　　在图5中，最初的曲线非常陡峭，同时热容被加热。这个曲线进行了注解，描述了LED/MCPCB，封固剂（导热硅脂）和照明设备三个阶段。但在第一个阶段内，曲线描述了更小的一些阶段，譬如Dieattach,散热板，甚至是紧固铜散热板和MCPCB的胶水。注意这个图形证实了早期的一个论点，那就是LED自身的热阻占整个系统结点至环境热阻的50%。

　　再次查看图3，注意测量的仅仅是LED元件两端的电压。系统是如何得到了整个照明设备的热数据呢？答案就是监控和观察温度的下降曲线。

　　当LEDDie的温度开始下降，由于只有一个对其温度有影响的物体直接连接着它，它的温度下降缓慢。Die温度下降所需要的时间主要取决于热容，它可贴片电感以存储热量。测试系统监控温度微小的改变，并且将其变换为热阻/热容数据点，如果具有一样的特性则会看到类似的曲线。所以对测试系统的灵敏度有很高的要求。

图5 LED和光源系统的结构

函数从测试到模型结构函数帮助工程师评估整个散热路径中的各个部分。重要的是它们可以帮助揭示设计中存在的问题，这些塑封电感问题可能影响设备的生产或可靠性。

　　3 从测试到模型

　　结构函数可以进一步转变成简化模型，也就是一个包含热阻热容的等效网络，它包含了结构函数图形中所包含的所有数值。图6描述了类似功率LED等半导体元件的一个通用模型。当然，实际的模型中R和C会有具体的数值。

图6 简约模型

　　借助瞬态热测试得到的R/C网络模型可以直接被用于热设计工具中，在这些热设计工具中对LED系统进行热仿真。为了满足市场对于它们产品更多热性能数据的要求，一些半导体供应商开始使用瞬态模型去描述它们功率开关和类似产品的热性能，这也为LED供应商在将来也遵从这种做法提供了借鉴。

　　4 光度测量揭示LED的真实颜色

　　先前所有的努力使照明设备达到投放到市场的端口。然而，此时必须回答一个重要的问题：当照明设备工作在它规定的温度范围内，它预期发出多少光？在产品批量生产之前，必须提供样机完整的光度和辐射特性。在现在自动化工具的帮助下，热和光测量可以被同时进行。