LED是復(fù)雜的設(shè)備。LED不僅存在與半導(dǎo)體設(shè)計(jì)和操作相關(guān)的常見問題，而且LED主要用于發(fā)光。因此，光學(xué)涂層、光束管理裝置如反射器和透鏡、波長轉(zhuǎn)換熒光體等存在進(jìn)一步的系統(tǒng)復(fù)雜性。盡管如此，熱量管理對于可靠的固態(tài)照明（SSL）產(chǎn)品而言至關(guān)重要。此外，您需要了解如何在靜態(tài)和瞬態(tài)背景下冷卻LED。
對于LED，需要遵守兩個(gè)熱管理參數(shù)。一個(gè)是所需的工作溫度，另一個(gè)是最高工作溫度。通常，所需的工作溫度需要盡可能低。實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)可以確保高電光效率、良好的光譜質(zhì)量和長的器件壽命。在高溫下操作不僅會降低LED產(chǎn)生的光，而且質(zhì)量和數(shù)量方面也會降低，最終會觸發(fā)許多故障機(jī)制。
LED制造商對這些缺陷很精通，能夠設(shè)計(jì)出高達(dá)130°C結(jié)溫的產(chǎn)品。由于LED封裝的熱阻，印刷電路板（PCB）的溫度約小10°C。假如高于額定結(jié)溫，每上升10°C，LED壽命約減一半。
將電子轉(zhuǎn)換為聲子，LED效率相對較低。高亮度白光LED可以達(dá)到40％的效率，而UVC LED可能只有5％的效率。在這兩種情況下，必須通過傳導(dǎo)去除剩余的熱量以防止過熱。這是LED光源或照明設(shè)計(jì)師的責(zé)任。
靜態(tài)冷卻LED
將LED保持冷卻的常規(guī)方法是將LED器件安裝在散熱器上。來自LED的熱量通過傳導(dǎo)進(jìn)入散熱器，然后散發(fā)到空氣中。假如熱量被水或其他流體除去，散熱器有時(shí)被稱為冷板，因?yàn)橄嚓P(guān)聯(lián)的散熱系統(tǒng)經(jīng)常要設(shè)計(jì)工作流體處于低于室內(nèi)環(huán)境的固定溫度。
從LED到散熱片能否有效運(yùn)輸熱量取決于高導(dǎo)熱性的材料。 例如，從圖1的圖表中可以看出，銅優(yōu)于鋁和黃銅，又優(yōu)于不銹鋼。
圖1． 材料具有不同程度的導(dǎo)熱性。
雖然銅在這些金屬中是最佳的熱導(dǎo)體，但是導(dǎo)熱系數(shù)與材料的厚度無關(guān)。通過材料傳導(dǎo)傳遞熱量的能力主要跟熱阻有關(guān)，厚度越厚，熱阻越大。
電介質(zhì)和氣流
例如，中高功率LED陣列通常建立在導(dǎo)熱PCB上。在頂面，有銅板與LED進(jìn)行電連接，而在下面有一塊鋁來傳導(dǎo)熱量。在銅和鋁之間有一電介質(zhì)層，以防止銅板對鋁的電短路。各制造商在選擇介電材料方面采取了不同的方法，從有機(jī)材料到無機(jī)化合物，涵蓋了整個(gè)光譜。如圖2所示，熱電阻最小的電介質(zhì)材料幾乎是一個(gè)數(shù)量級的，可以應(yīng)用最薄的電介質(zhì)材料，同時(shí)仍能提供所需的絕緣隔離。
圖2． 電介質(zhì)材料的厚度會影響耐熱性。
但是，圖2并沒有說明全部。假設(shè)該裝置是用空氣冷卻的，在LED和散熱片之間的熱路徑中將有許多界面。一些由焊料橋接，一些由粘合劑橋接，其他將被壓在一起（例如使用螺絲）。這些接合處對熱傳導(dǎo)帶來了額外的障礙，其大小可能很大、難以預(yù)測、并隨時(shí)間而變化。
系統(tǒng)中所有熱阻和界面電阻的串聯(lián)／并行加法稱為熱阻抗，設(shè)計(jì)導(dǎo)通路徑以保持LED冷卻。計(jì)算類似于電阻網(wǎng)絡(luò)。在圖3中，電壓本質(zhì)上就是溫度，電流是熱通量，所得電阻是熱阻。
圖3． 在開發(fā)工作中，您可以依賴于熱傳導(dǎo)路徑的等效電阻。為了得到一個(gè)完整的熱阻抗系統(tǒng)模型，必須在材料之間的每個(gè)過渡處添加熱界面電阻。
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