簡析LED照明在實際應用中的熱特性

圖3 熱瞬態測試裝置

圖3描繪了此類測量裝置的簡圖（不成比例）。測量的第一步是確定前向電壓在一個非常小的電流下的溫度敏感性，這個小電流可以是傳感器或測量電流。之后，LED被施加一個大電流，從而使其變熱。接著停止施加大電流，并且很小的傳感器電流再次出現，同時用一個高采樣率完成前向電壓的測量，直至LED結溫完全趨于穩定。

　　由于LED快速的熱響應，所以測量的硬件設備必須能夠捕捉LED電流停止施加后幾微秒內的溫度（電壓）改變。

　　如圖3所示，被測量的LED處于一個封閉空間內，這個封閉空間是JEDEC標準的自然對流腔，它提供了一個沒有氣流流通的環境。T3ster也可以提供類似的裝置。表格1歸納了測試步驟。

　　表1：熱瞬態測試流程

　　在電子行業，術語“Z”代表阻抗，在我們的例子中代表熱阻抗。在熱阻抗的曲線中，其表示溫差除以熱功耗的值。因此，圖4中的Z曲線表述了對于1W熱功耗的溫度改變。

　　熱阻抗曲線Zth總體來看比較平滑，但局部還是有波動，工程師需要解釋其中的原因。而且它是由大量密集的數據點所構成，所以潛在的信息非常豐富。集成先進應用數學且功能強大的熱測試系統可以提供非常有用的Zth和時間曲線的分析變換。

圖4 Zth曲線代表加熱功率1瓦時，溫度vs.時間

結構函數的形式與實際結點至環境熱流路徑保持一一對應的關系。元件的結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，由半導體產生的熱量從它的自身開始傳遞。結點被加熱，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（導熱硅脂）和照明設備三個階段。但在第一個階段內，曲線描述了更小的一些階段，譬如Dieattach,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結點至環境熱阻的50%。

　　再次查看圖3，注意測量的僅僅是LED元件兩端的電壓。系統是如何得到了整個照明設備的熱數據呢？答案就是監控和觀察溫度的下降曲線。

　　當LEDDie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。測試系統監控溫度微小的改變，并且將其變換為熱阻/熱容數據點，如果具有一樣的特性則會看到類似的曲線。所以對測試系統的靈敏度有很高的要求。