大功率LED照明設(shè)備應(yīng)用越來越廣泛，大功率LED的發(fā)光亮度實際上與它的電流成正比，而大功率LED的正向電流也會隨著溫度的改變而改變。今天小編帶大家一起來學(xué)習(xí)關(guān)于LED結(jié)溫原因和LED半導(dǎo)體照明光源散熱方式。在近幾十年的發(fā)展時間里，LED發(fā)光效率越來越高、成本則越來越少，顏色也變的越來越豐富。這使得大功率LED作為一種高效、節(jié)能、環(huán)保、安全的清潔光源在不久的將來大有取代其他照明光源趨勢。然而，大功率LED燈的散熱問題仍然是其在照明領(lǐng)域應(yīng)用的一大發(fā)展瓶頸，是制約其成新一代照明光源的一個重要原因。有研究數(shù)據(jù)表明，假設(shè)LED芯片結(jié)溫為25℃時的發(fā)光為100%，那么結(jié)溫上升至60℃時，其發(fā)光量就只有90%；當(dāng)結(jié)溫達到100℃時就會下降到80%；140℃就只有70%。可見改善散熱控制結(jié)溫對于提高其發(fā)光效率十分重要。大功率LED燈的散熱問題若解決不好，必將使LED燈工作溫度上升，結(jié)溫升高，從而導(dǎo)致LED色度點偏移，顯色指數(shù)下降，色溫增加，發(fā)光效率下降，使用壽命縮短。大功率LED的發(fā)光亮度實際上與它的電流成正比，如果控制住了大功率LED的輸出光通量就等于控制住了它的發(fā)光亮度。而大功率LED的正向電流也會隨著溫度的改變而改變，當(dāng)環(huán)境的溫度超過一定值（我們稱為安全溫度）通過LED的正向電流會驟然減小，而在此時如果電流繼續(xù)加大，則會造成LED壽命減少。所以此時，必須做出相應(yīng)的措施，在球泡燈輸入電流與周圍溫度等因數(shù)改變的時候能及時的對大功率LED正向電流做出控制。采用溫度補償?shù)募夹g(shù)，根據(jù)環(huán)境溫度動態(tài)調(diào)節(jié)輸出電流，實時監(jiān)視LED的溫度，使得在高溫條件下的大功率LED自動減小其電流，藉由此來使大功率LED燈具更具有安全性。
1、大功率LED照明產(chǎn)品現(xiàn)狀"芯片-鋁基板-散熱器三層結(jié)構(gòu)模式"均被目前市場上大部分大功率LED照明燈具所采用，即先在鋁基板封裝芯片以形成LED光源模塊，然后再在散熱器上安裝光源模塊，這樣就可以制造成大功率LED照明燈具。目前仍沿用LED早期用于顯示燈和指示燈的方式作為大功率LED的熱管理系統(tǒng)，這種熱管理模式僅限于小功率LED使用。采用三層結(jié)構(gòu)模式的方式制備出來的大功率LED照明，在系統(tǒng)構(gòu)造方面仍存在許多不合理的地方，例如結(jié)構(gòu)之間有很高的結(jié)溫、比較低的散熱效率、更多的接觸熱阻，以致使芯片所釋放出來的熱量不能有效地散出與導(dǎo)出，致使LED照明燈具光衰大、光效低、壽命短不能滿足照明需求。由于受結(jié)構(gòu)、成本和功耗等諸多因素的限制，大功率LED照明難以采用主動散熱機制，而只能采用被動式散熱機制，但被動式散熱具有較大的局限性；而且目前LED的能量轉(zhuǎn)換效率仍不高，約有70％的輸入電能轉(zhuǎn)換為熱，即使光效再提高1倍也還有40％的能量轉(zhuǎn)化為熱，也就是說，很難提高到不用考慮散熱的程度。
2、LED照明光源的特性與傳統(tǒng)日光燈、白熾燈和鹵素?zé)舨灰粯樱琇ED半導(dǎo)體照明光源是采用半導(dǎo)體材料制成的，由PN結(jié)構(gòu)成，電子-空穴對通過復(fù)合產(chǎn)生可見光，PN結(jié)正向?qū)�通，反向截止，其中N區(qū)對應(yīng)負(fù)極，P區(qū)對應(yīng)正極。LED半導(dǎo)體光源具有發(fā)光效率高，響應(yīng)時間短，體積小，節(jié)能等優(yōu)點。此外，它還具有傳統(tǒng)照明光源所沒有的特性：
2.1 具有類似于一般PN結(jié)半導(dǎo)體器件的特性：
1）正向電流和正向電壓均為負(fù)溫度系數(shù)，隨溫度上升而減少；2）正向電壓必須超過某一閾值才會產(chǎn)生電流；
3）反向時，沒有電流不會工作。
2.2 有很多方面制約著它的工作溫度，具體如下：
1）LED的亮度與正向電流呈現(xiàn)一定的曲線關(guān)系，當(dāng)結(jié)溫超過某一值后，亮度隨正向電流的減小而減弱；
2）必須把結(jié)溫限制在額定值95℃～125℃以下；
3）如表面含有塑料透鏡，將會受到透鏡材料熔點溫度的限制。
3、關(guān)于LED結(jié)溫的介紹3.1 LED結(jié)溫產(chǎn)生的原因LED發(fā)熱很大一部分原因是因為所加入的電能并沒有全部以光能的形式轉(zhuǎn)化，其中有一部分被轉(zhuǎn)成了熱能。目前市面上的LED的光效約為100 lm/W，其電光轉(zhuǎn)換效率還很低，大約只有20~30%左右。也就是說大約有70%的電能以熱能的形式被浪費掉。總的來講，有兩個因素導(dǎo)致了LED結(jié)溫的產(chǎn)生。具體如下：
1）內(nèi)部量子效率。空穴和電子復(fù)合時，并不能全部都產(chǎn)生光子，這種通常叫做"電流泄漏"，是使PN區(qū)載流子復(fù)合率降低的原因。泄漏的電壓與電流的乘積就是這部分的耗散功率，也就是轉(zhuǎn)化為熱能，但這部分并不是主要的成分，因為就目前的技術(shù)已經(jīng)能使LED的內(nèi)部光子效率接近90%。
2）大約只有30%的外部量子效率。最主要的一個原因是由于載流子復(fù)合所產(chǎn)生的光子無法被全部發(fā)射到芯片外部而是轉(zhuǎn)化為熱量。雖然白熾燈只有15lm/W左右的光效，但是藉由最終它把電能以光能的形式輻射出去，盡管大部分的輻射能是紅外線而導(dǎo)致光效很低，但這卻免除了散熱的問題。LED的散熱問題逐漸成為人們關(guān)注的重點，這是因為LED燈珠的壽命或光衰直接與它的結(jié)溫有關(guān)，假如散熱問題處理不好會直接導(dǎo)致結(jié)溫容易過高，壽命縮短。
3.2 使LED結(jié)溫降低的方法
① 控制額定輸入功率；
② 設(shè)計良好的二次散熱結(jié)構(gòu)；
③ 把二次散熱結(jié)構(gòu)與LED安裝介面之間的熱阻減少到最低；
④ 降低周圍環(huán)境溫度；
⑤ 減少LED自身的熱阻。
4．LED半導(dǎo)體照明光源散熱方式一般說來，按照帶走熱量的方式散熱器可以被分為被動散熱和主動散熱。所謂的被動散熱，是指熱源LED光源產(chǎn)生的熱量通過散熱片自然的被散發(fā)到空氣中，其散熱效果和散熱片大小成正比，但是這種散熱效果比較不理想，最常用在條件要求比較低的設(shè)備中，或者用于低功率、發(fā)熱量小的器件散熱，絕大多數(shù)采取主動散熱，主動散熱就是通過一些設(shè)備主動地將熱量從散熱片上帶走，這些設(shè)備有風(fēng)扇等等。較高的散熱效率是主動散熱的主要特點并且它本身有比較小的體積。另也有一種方式，是采行"垂直"電極的方式去制作LED元件，由于LED元件上下兩端都設(shè)有金屬電極，此可在散熱的問題上得到更大的助益。例如，采用GaN基板作為材料，由于GaN基板即為導(dǎo)電材質(zhì)，因此電極可以直接做在基板下方進行連接，即可得到快速散逸磊晶溫度的效益，但這種作法因為材料成本較高，也會比傳統(tǒng)藍寶石基板作法的成本貴上許多，會增加元件的制作成本。