LED散热设计原理及结温等计算公式

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1、人功率LED的散热设计近年來，大功率LED发展较快，在结构和性能上都冇较大的改进，产量上升、价格下降；还开发出单颗功率为100W的超人功率口光LEDo与前几年相比较，在发光效率上有长足的进步。例如，Edison公司前儿年的20W口光LED,其光通量为7001m,发光效率为351m/Wo2007年开发的100W口光LED,其光通量为60001m,发光效率为601m/Wo又例如，Lumiled公司最近开发的K2白光LED,与其I、III系列同类产品比较如表1所示。从表中可以看出：K2白光LED在光通量、最人结温、热阻及外廓尺寸上都有较大的

2、改进。Cree公司新推出的XLampXR〜E冷白光LED,其最高亮度挡QS在350mA时光通量可达107〜114hm这些性能良好的人功率LED给开发LED口光照明灯具创造了条件。前儿年，各种白光LED照明灯具主要是采用小功率①5口光LED來做的。如1〜5W的灯泡、15〜20W的管灯及40〜60W的路灯、投射灯等。这些灯具使用了儿十到几百个（D5白光LED,生产工艺复杂、可靠性差、故障率高、外壳尺寸大，并且亮度不足。为改进上述缺点，这儿年逐步采用人功率白光LED来替代①5白光LED来设计新型灯具。例如，用18个2W的白光LED做成的街灯

3、，若采用①5白光LED则要几百个。另外，用一个1.25W的K2系列白光LED,可做成光通量为651m的强光手电筒，照射距离可达儿十米。若采用①5白光LED來做则是不可能的。&2犬为审白光L£D的詁衣交股寶衣70・・硏与©•韵吳・图1结温TJ与相对出光率关系图用大功率LED做的灯具其价格比口炽灯、H光灯、节能灯要高得多，但它的节能效果及寿命比其他灯具也高的多。如果在路灯系统及候机大厅、大型百货商场或超市、高级宾馆大堂等用电大户的公共场所全部釆用LED灯具，其一次性投资较高,但长期的节电效來及经济性都是值得期待的。冃前主要采用1〜3W大功

4、率白光LED作照明灯，因为其发光效率高、价格低、应用灵活。大功率LED的散热问题LED是个光电器件，其工作过程中只有15%〜25%的电能转换成光能，其余的电能儿乎都转换成热能，使LED的温度升高。在人功率LED屮，散热是个人问题。例如，1个10W白光LED若其光电转换效率为20%,则有8W的电能转换成热能,若不加散热措施，则大功率LED的器芯温度会急速上升，当其结温（TJ）上升超过最大允许温度时（一般是I5O°C）,大功率LED会因过热而损坏。因此在大功率LED灯具设计屮，最主要的设计工作就是散热设计。和大鲂務白光LED的就1T邃宪處

5、*减丁0%时与寺命的擾来T,<)rg25294,00030191.00099:"003550009522.300^0■■4050001001^,5004510517.10050込0001L015,100$57S.OOD1^3006064.000：：H.70054,000置12310,500刑4^,0003301),20075二【39,000140T.5W8034,0006.000另外，一•般功率器件（如电源IC）的散热计算中，只要结温小于最大允许结温温度（一般是125°C）就可以了。但在大功率LED散热设计中，其结温TJ要求比125°

6、C低得多。具原因是TJ对LED的出光率及寿命有较人影响：TJ越高会使LED的出光率越低，寿命越短。阴极LED芯片敵热垫外封装连接找图2K2系列的内部结构图1是K2系列口光LED的结温TJ与相对出光率的关系曲线。在TJ=25°C时，相对出光率为1;TJ=70°C时相对出光率降为0.9；TJ=115°C时，则降到0.8To表2是Edison公司给出的人功率白光LED的结温TJ在亮度衰减70%时与寿命的关系（不同LED牛产厂家的寿命并不相同，仅做参考）。光学透債D/Bresin敵热垫连按战带封柯肺3NCCWO22的内部结构在表2中可看出:T

7、J=50°C时,寿命为90000小时;TJ=80°C时，寿命降到34000小时；TJ=115°C时，其寿命只有13300小时了。TJ在散热设计中要提出最大允许结温值TJmax,实际的结温值TJ应小于或等于要求的TJmax,即TJ

8、。与敞热垫焊接图5双层敷铜层散热结构人功率LED是焊在印制板(PCB)上的，如图4所示。散热垫的底面与PCB的敷铜面焊在一起，以较人的燉铜层作散热而。为提高散热效率，采用双层燉铜层的PCB,其正反而图形如图5所示。这是一