如何进行LED热量管理？从静态冷却、瞬态冷却两方面解析

2017-10-19 03:46

瞬态冷却LED

先前的讨论是假设在稳定状态，即LED永久地通电并且散热器将热能连续地耗散到周围空气中。这种热模型在两种情况下会出现故障。一种是在接通LED时，更通常地是在脉冲操作中。令人惊讶的是，可以设计一条热路径，在连续工作时保持LED冷却，但是在接通时会过热。当这样操作时，相关联的热偏移可能让LED突然出现故障，类似于钨丝灯丝开启时突然断裂一样。因此，LED的热解决方案设计需要考虑瞬态操作，并且包括时间和空间变量。

时间依赖

瞬态冷却的时间分量是由于热路径中材料的比热容量而产生的。这可以作为电容器添加到热电阻的电气模型中（图4）。热容量是指材料受热（或冷却）时吸收（或放出）热量的性质。热容量的大小用比热容（简称比热）表示。

图4．热传导的时间依赖是由于系统中材料的热容量而导致的，电等效模型是RC低通滤波器。

电气模型类比意味着热阻抗有时用于描述材料的时间相关的热性质。请注意，这时要注意区分，因为热阻抗也可以用来描述整个系统的静态热阻。

空间依赖

瞬态冷却的空间分量源于热量往哪个方向扩散多一些。比如，一个安装在大的薄金属板上的LED。最初，整个板处于环境温度。LED作为点热源。在接通时，LED会产生热量，通过传导将热量传递到板中。热量快速通过金属板，提高了LED下方区域的温度。因此，最先的时候，金属板的一小部分是来冷却LED的。金属板的导电性意味着LED的一些热量会在板内横向扩展，最终出现在表面上（图5所示）。因此，参与冷却LED的金属板的体积会随时间而增加，导致热阻和热容量出现明显改变。