LED热特性实际应用关键性能探讨

　　Zth曲线图中的数据使计算热容和热阻的总体曲线图成为可能，也就是着名的结构函数。它是结点至环境热流路径中热阻抗网络模型的图形表示形式。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Die attach，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LED Die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。

　　从测试到模型

　　结构函数帮助工程师*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，这些问题可能影响设备的生产或可靠性。

　　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。

　　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。

　　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。

　　为了同时进行测量，之前已经解释了热测试必须与一个子系统相结合，这个子系统是满足CIE1要求（参见备注）的条件下，用于测试LED光输出。这个子系统包含了一个恒温器（类似冷板）和探测器。两个器件由特定的软件进行控制。一个完全整合的热/辐射/光度测试系统可以描述照明设备的热阻和光输出特性，包括了辐射热流（也就是输出光功率），光通量和染色性。这些值可以在不同的参考温度和前向电流条件下，同时得到测量。

　　重要的是，对于普通循环光度测试增加热瞬态测试不会明显增加测试时间。这是因为贴附到冷板的功率LED结温通常在30~60S之内达到稳定。LED热阻测试之前的加热过程，是一个相类似的过程。因此，加上热测试的测试时间与仅仅光输出测试的时间是一样的；所有的这些特性必须在LED热稳定的条件下测量。

　　温度：参考，周围的，环境…

　　热管理解决方案的结点至环境的热阻很容易受到环境温度的影响，从而使测试结果失真。因此当预测照明设备热性能时，测试环境温度也就是参考温度必须注明。但热和光度/辐射测量被同时完成时，参考温度就是冷板的温度。

　　正如之前的解释，LED特性的工业标准化工作还在进行，这也意味着供应商在描述它们产品和提供相关数据时有很大的自由度。通常环境方面的信息不会得到重视。关于产品性能的数据可能是照明设备处于最佳照明时得到的，可以说忽略了真实工作条件下的一些影响。例如，通常供应商提供的LED数据是在25oC的环境温度条件下，即便LED安装在灯具中之后其安装面的温度为50oC，甚至80oC。在工作状态下，实际的LED结温可能处于80~100oC的范围，从而引起光通量的急剧下降。