简析LED照明在实际应用中的热特性

图3 热瞬态测试装置

图3描绘了此类测量装置的简图（不成比例）。测量的第一步是确定前向电压在一个非常小的电流下的温度敏感性，这个小电流可以是传感器或测量电流。之后，LED被施加一个大电流，从而使其变热。接着停止施加大电流，并且很小的传感器电流再次出现，同时用一个高采样率完成前向电压的测量，直至LED结温完全趋于稳定。

　　由于LED快速的热响应，所以测量的硬件设备必须能够捕捉LED电流停止施加后几微秒内的温度（电压）改变。

　　如图3所示，被测量的LED处于一个封闭空间内，这个封闭空间是JEDEC标准的自然对流腔，它提供了一个没有气流流通的环境。T3ster也可以提供类似的装置。表格1归纳了测试步骤。

　　表1：热瞬态测试流程

　　在电子行业，术语“Z”代表阻抗，在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。