大功率LED的散热设计

大功率LED的散热设计

  在表2中可看出：TJ=50℃时，寿命为90000小时；TJ=80℃时，寿命降到34000小时；TJ=115℃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≤TJmax。

　　图4 LED与PCB焊接图

　　大功率LED的散热路径.

　　大功率LED在结构设计上是十分重视散热的。图2是Lumiled公司K2系列的内部结构、图3是NICHIA公司NCCW022的内部结构。从这两图可以看出：在管芯下面有一个尺寸较大的金属散热垫，它能使管芯的热量通过散热垫传到外面去。

　　图5 双层敷铜层散热结构

　　大功率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，以较大的敷铜层作散热面。为提高散热效率，采用双层敷铜层的PCB，其正反面图形如图5所示。这是一种最简单的散热结构。

　　图6 散热路径图

　　热是从温度高处向温度低处散热。大功率LED主要的散热路径是：管芯→散热垫→印制板敷铜层→印制板→环境空气。若LED的结温为TJ，环境空气的温度为TA,散热垫底部的温度为Tc（TJ＞Tc＞TA），散热路径如图6所示。

　　在热的传导过程中，各种材料的导热性能不同，即有不同的热阻。若管芯传导到散热垫底面的热阻为RJC（LED的热阻）、散热垫传导到PCB面层敷铜层的热阻为RCB、PCB传导到环境空气的热阻为RBA,则从管芯的结温TJ传导到空气TA的总热阻RJA与各热阻关系为：

　　RJA=RJC+RCB+RBA

　　各热阻的单位是℃/W。

　　可以这样理解：热阻越小，其导热性能越好，即散热性能越好。

　　如果LED的散热垫与PCB的敷铜层采用回流焊焊在一起，则RCB=0，则上式可写成：

　　RJA=RJC+RBA

　　散热的计算公式

　　若结温为TJ、环境温度为TA、LED的功耗为PD,则RJA与TJ、TA及PD的关系为：

　　RJA=（TJ－TA）/PD (1)

　　式中PD的单位是W。PD与LED的正向压降VF及LED的正向电流IF的关系为：

　　PD=VF×IF (2)

　　如果已测出LED散热垫的温度TC，则(1)式可写成：

　　RJA=(TJ－TC)/PD+(TC－TA)/PD

　　则RJC=(TJ－TC)/PD (3)