译者言：LED正在向着高功率、高光通的方向发展，随着单管输入功率的增加，LED应用中的散热问题(热工控制)逐渐突出。合理的热工控制.可以有效提高LED的光效、光通和使用寿命。译者在Lumileds的网站上看到这篇有关Super Flux LEDs热工控制的文章，特翻译出来，希望对从事LED器件和应用产品设计、生产的国内同行提供参考。在翻译过程中，为了读者阅读方便，译者对原文结构进行了小的调整，并对文章标题进行了编号。

1．引言

温度可以影响LED的性能和可靠性，因此对于LED信号灯的设计来说热工控制是非常关键的问题。本文详细讨论了温度对LED的影响，LED信号灯的热工测量技术，介绍了几种典型的热工控制设计实例。

2．高功率LED热工控制的重要性

2.1 温度引起LED输出特性改变

LED工作时PN结的结温对LED的光通量、颜色和输入电压都有一定程度的影响，而结温主要受环境温度和输入电功率的自加热效应影响。

2.1.1 结温对光通量的影响LED的光通量与温度的函数关系可以表示如下
表1 高亮度LED材料的温度系数

图1 恒流驱动时LED光通量随温度变化   从图１可以看出温度对光通量影响很大，温度75℃时LED输出光通量只有室温时的一半左右，因此在LED组件设计时必须将温度对光通量的影响考虑进去。   2.1.2 主波长(颜色)随结温的变化   结温也会影响到LED的主波长(颜色)。主波长随温度的变化关系可以表示如下：
λd(T2)=λd(T1)＋ΔTj·0.1(nm/℃ )
其中
λd(T1)=结温T1时主波长
λd(T2)=结温T2时主波长
有一个很容易记住的关系是结温每升高10℃，主波长增加1nm。因为红色LED汽车信号灯颜色的允许范围非常宽(大约为90nm)，在设计时颜色的变化不是很重要，但是，在设计黄色汽车信号灯时，必须考虑到颜色的漂移(根据地区规定的不同，黄色LED信号灯允许的波长范围在5-10nm)
2.1.3 温度导致LED失效   典型的LED由光学透明的环氧树脂封装。温度升高到环氧树脂玻璃转换温度Tg时，环氧树脂由刚性的、类似玻璃的固体材料转换成有弹性的材料。通常情况，在玻璃转换温度Tg，环氧树脂的热膨胀系数(CTE)会有很大变化，Tg位于热膨胀系数剧烈变化区域的正中间，见图2。 图2 环氧树脂的热胀系数随温度变化 为了避免LED突然失效，结温T应该始终保持在封装树脂的Tg以下。HP定义的最大结温T(max)就低于封装树脂的玻璃T，对于Super Flu×LEDs，T(max)=125℃。如果温度超过了T(max)，封装树脂的CTE将会发生很大变化，一个大的热膨胀系数(CTE)使得封装树脂在温度变化的过程中，膨胀和收缩加剧，这将导致金线(或铝线)键合点位移增大，金线(或铝线)过早疲劳和损坏。造成LED开路和突然失效。
3 LED组件的热工模型
3.1 LED汽车信号灯的热阻
正如电阻与电传导紧密相关一样，热阻与热量传导紧密相关。阻力(热阻、电阻等)的普遍定义为位能差和能量传输速率的比值，热阻可以用下式表示：
R=ΔT/ax
其中：
Rθ= 两点间的热阻
ΔT=两点间的温度差
qx= 两点间热量传输速率
LED信号灯的热阻(结—环境热阻，Rθpa)由两个主要部分组成：LED封装带来的热阻(结—管脚热阻，Rθjp)和灯壳热阻(管脚—环境热阻，Rθpa)。它们之间是串联的关系，如图3所示 图3 LED灯具热阴结构示意图   Rθjp＋Rθpa=Rθja
假设所有电功率都转变成了热(约有5-10%的电能转换成了光)，LED PN结到管脚的热阻(Rθjp)可以用下列方程表示：
Rθjp=(Pj-Tp)/P
其中:P=LED输入总的电功率(If Vf )
对于LED组件，组件中单个LED的热阻(Rθja)可以用下式表示
Rθja=(Pj-Tp)/P
=[(ΔTj+Ta)-Ta]/P =ΔTj/P
其中Tj= ΔTj+Ta 。
从公式可以看出，为了确定组件的热阻Rθja，首先要确定结温升和输入器件的电功率。测试时电功率可以用输入电压与输入电流相乘得到，结温升可以通过测试过程的输入电压改变得到。   表3 几类LED组件的典型Rθja值 LED Lamp Classification Typical(℃/W) Class 1 325 Class 2 400 Class 3 500 Class 4 650  

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