降低結(jié)溫以提高壽命 新型LED散熱技術(shù)詳解
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Rj5：從散熱器到空氣的熱阻
所以從芯片到空氣的總熱阻就應(yīng)該是：
Rja=Rj1+Rj2+Rj3+Rj4+Rj5
只要知道從芯片到空氣的全部熱阻，就可以根據(jù)需要耗散的功率Pd，計(jì)算出結(jié)溫來(lái)，知道了結(jié)溫也就可以知道其壽命了。
假定環(huán)境溫度為Ta，那么結(jié)溫為：
Tj = Pd（Rj1+Rj2+Rj3+Rj4+Rj5）+Ta
然而實(shí)際的LED燈具，從LED芯片到空氣所經(jīng)過(guò)的熱阻要遠(yuǎn)比這個(gè)多很多，例如，通常薄膜印制板是安裝在鋁基板上，鋁基板再安裝到鋁散熱器上，其間還要涂上導(dǎo)熱膠，導(dǎo)熱膠的厚度很難估計(jì)，而且其中還有殘存的氣隙。對(duì)于采用熱管的燈具，則還要考慮熱管和散熱鰭片之間的空隙和導(dǎo)熱膠的熱阻等問(wèn)題。
而且最難估算的是Rj5，也就是散熱器到空氣的熱阻。這牽涉到很多有關(guān)對(duì)流和輻射的散熱機(jī)制問(wèn)題。
需要注意的是在計(jì)算LED的散熱時(shí)，經(jīng)常犯的一個(gè)錯(cuò)誤是把LED的全部功率當(dāng)成是其耗散功率Pd。例如，一個(gè)1W的LED，其正向電壓是3.3V，正向電流是350mA。于是就把這二者的乘積1.155瓦作為其耗散功率。這是錯(cuò)誤的。因?yàn)檫@只是其輸入功率，而不是其耗散功率。有一部分輸入功率變成了有用的光發(fā)射出去了。需要作為熱來(lái)耗散的那部分，應(yīng)當(dāng)是輸入功率減去以有用光的形式發(fā)射出去的那部分，才是需要作為熱而耗散的那部分。不過(guò)這部分比較難計(jì)算。一般來(lái)說(shuō)，因?yàn)長(zhǎng)ED的發(fā)光效率有所不同，而這個(gè)耗散功率也有所不同。一般來(lái)說(shuō)，可以作如下的近似：發(fā)光效率為100lm/W，其耗散功率應(yīng)為70%輸入功率，對(duì)于上面所說(shuō)的1W的LED，也就是1.155x0.7=0.8W變成無(wú)用的熱需要散發(fā)出去。
那么是不是知道了所有各部分的熱阻，我們就可以知道這個(gè)LED燈具的總熱阻，也就可以知道LED芯片的結(jié)溫，也就可以知道這個(gè)燈具的壽命了呢？
情況遠(yuǎn)遠(yuǎn)不是那么簡(jiǎn)單，雖然我們可以仔細(xì)分析每一部分的熱阻，甚至還可以得到比較精確的數(shù)字，但是還是有很多重要的因素被我們忽略掉了。因?yàn)樯厦娴倪@個(gè)模型只不過(guò)是單個(gè)LED的燈具的模型，而實(shí)際的燈具要比這個(gè)模型復(fù)雜很多。
LED的分布。在很多情況下，LED燈具里是由很多顆LED所構(gòu)成而不是只有一個(gè)LED?？赡芩羞@些LED都焊在一塊鋁基板上。這時(shí)候如果只用標(biāo)準(zhǔn)的鋁基板的熱阻來(lái)計(jì)算整個(gè)燈具的熱阻就會(huì)有很大的出入。因?yàn)槊總€(gè)LED的散熱會(huì)受到周圍LED所發(fā)出的熱影響。換句話說(shuō)，這時(shí)鋁基板的熱阻是很難計(jì)算的。
其他熱源的影響，例如LED的恒流電源就是重要的發(fā)熱源，假如這個(gè)發(fā)熱源靠近某些LED，那么就會(huì)明顯降低這些LED的散熱而縮短其壽命。也相當(dāng)于改變了其熱阻。
熱阻實(shí)際上只考慮了熱傳導(dǎo)，而根本沒(méi)有考慮熱對(duì)流和熱輻射。熱量從LED芯片出發(fā)，經(jīng)過(guò)了一系列不同材質(zhì)傳導(dǎo)，最后到達(dá)鰭片散熱器。這些熱量最后都要散發(fā)到空氣中去。如果散發(fā)不到空氣中，那么這些熱量也會(huì)越積越多，導(dǎo)致結(jié)溫的升高。所以可以說(shuō)，最后鰭片散熱器散到空氣中的這一環(huán)節(jié)，是最關(guān)鍵的一環(huán)，是最復(fù)雜的一環(huán)，也是最難計(jì)算的一環(huán)?；蛘哒f(shuō)Rj5基本上是無(wú)法用簡(jiǎn)單的計(jì)算就能算出來(lái)的。這就使得要通過(guò)所有部件的熱阻來(lái)計(jì)算出LED的結(jié)溫幾乎是不可能的事。
評(píng)論