LED结温热阻计算方法详解
LED结温热阻计算方法详解
LED结温热阻计算方法详解.Ta: 环境温度Rsa：铝基散热装置的热阻、散热器与环境间的热阻Ts: 散热装置的温度. Rms：铝基板到铝散热装置的热阻Tm: 铝基板的温度. Rcm：引脚到铝基板的热阻Tc: 引脚的温度. Rjc：PN结到引脚的热阻、结壳间的热阻Rja：PN结点到环境的热阻 Tj：晶体管的结温、芯片PN结最大能承受之温度( 100-130℃)P表示功耗 Rcs表示晶体管外壳与散热器间的热阻，L50: LED光源亮度降至50%的寿命L70: LED光源亮度降至70%的寿命结温计算的过程：1.热阻与温度、功耗之间的关系为： Ta=Tj-*P(Rjc+Rcs+Rsa)=Tj-P*Rja，2.当功率晶体管的散热片足够大而且接触足够良好时，壳温Tc=Ta晶体管外壳与环境间的热阻Rca=Rcs+Rsa=0。
此时Ta=Tj-*P(Rjc+Rcs+Rsa)演化成公式Ta=Tc=Tj-P*Rjc。
厂家规格书一般会给出，最大允许功耗Pcm、Rjc及(或) Rja等参数。
一般Pcm 是指在Tc=25℃或Ta=25℃时的最大允许功耗。
当使用温度大于25℃时，会有一个降额指标。
3.以ON公司的为例三级管2N5551举个实例：1)2N5551规格书中给出壳温Tc=25℃时的最大允许功耗是1.5W，Rjc是83.3度/W。
2)代入公式Tc=Tj- P*Rjc有：25=Tj-1.5*83.3可以从中推出最大允许结温Tj为150度。
一般芯片最大允许结温是确定的。
所以，2N5551的允许壳温与允许功耗之间的关系为：Tc=150-P*83.3。
3)比如，假设管子的功耗为1W，那么，允许的壳温Tc=150-1*83.3=66.7度。
4)注意，此管子Tc =25℃时的最大允许功耗是1.5W，如果壳温高于25℃,功率就要降额使用。
规格书中给出的降额为12mW/度(0.012W/度）。
5)我们可以用公式来验证这个结论。
假设壳温为Tc，那么，功率降额为0.012*(Tc-25)。
电压法LED结温及热阻测试原理分析
电压法LED结温及热阻测试原理分析发布日期：2010-08-01 来源：关键字：近年来,由于功率型LED 光效提高和价格下降使LED 应用于照明领域数量迅猛增长,从各种景观照明、户外照明到普通家庭照明,应用日益广泛。
LED 应用于照明除了节能外,长寿命也是其十分重要的优势。
目前由于LED 热性能原因,LED 及其灯具不能达到理想的使用寿命;LED 在工作状态时的结温直接关系到其寿命和光效;热阻则直接影响LED 在同等使用条件下 LED 的结温;LED 灯具的导热系统设计是否合理也直接影响灯具的寿命。
因此功率型 LED 及其灯具的热性能测试 ,对于 LED 的生产和应用研发都有十分直接的意义。
以下将简述LED 及其灯具的主要热性能指标,电压温度系数K、结温和热阻的测试原理、测试设备、测试内容和测试方法,以供LED 研发、生产和应用企业参考。
一、电压法测量 LED 结温的原理LED 热性能的测试首先要测试 LED 的结温,即工作状态下 LED 的芯片的温度。
关于LED 芯片温度的测试,理论上有多种方法,如红外光谱法、波长分析法和电压法等等。
目前实际使用的是电压法。
1995 年 12 月电子工业联合会/电子工程设计发展联合会议发布的> 标准对于电压法测量半导体结温的原理、方法和要求等都作了详细规范。
电压法测量LED 结温的主要思想是：特定电流下 LED 的正向压降 Vf 与 LED 芯片的温度成线性关系,所以只要测试到两个以上温度点的Vf 值,就可以确定该 LED 电压与温度的关系斜率,即电压温度系数 K 值,单位是mV/°C 。
K 值可由公式K=ㄓVf/ㄓTj 求得。
K 值有了,就可以通过测量实时的 Vf 值,计算出芯片的温度(结温)Tj 。
为了减小电压测量带来的误差,> 标准规定测量系数 K 时,两个温度点温差应该大于等于50 度。
对于用电压法测量结温的仪器有几个基本的要求：A、电压法测量结温的基础是特定的测试电流下的 Vf 测量,而 LED 芯片由于温度变化带来的电压变化是毫伏级的,所以要求测试仪器对电压测量的稳定度必须足够高,连续测量的波动幅度应小于1mV 。
led结温影响
led结温影响? 设为首页 ? | ? 加入收藏 ? | ? 网站地图 ? 首页 ? ? ? ? ? ?协会概况协会活动培训信息资质认证会员中心信息反馈您现在的位置：上海半导体照明工程技术协会>> 热点新闻>> 技术交流>>正文内容影响LED灯具结温因素的分析来源：上海合复新材料科技有限公司发布时间：2021年03月23日LED照明具有节能、环保、工作寿命长等特点，因而发展非常迅猛，发展潜力巨大。
然而半导体照明（LED）虽然比白炽灯消耗的能量低很多，但目前LED芯片在工作时光电转化率仍然不高，只有20%-30%左右，大部分能量都转换为热能；另外，驱动电源在工作中也会产生一定的热量。
通电以后，电源和LED芯片开始工作，不断产生热量，产生的热量首先传导给散热器，再由散热器将热量导出，然后通过散热器外表面通过自然对流和辐射等方式散发到环境中。
最初，产生的热量大于散出的热量，LED的结温会不断升高，经过一段时间（约1-2小时），产热、散热达到平衡，LED的结温基本保持不变。
如果LED的结温过高，会造成LED发生不可逆光衰，其寿命会降低甚至失效。
那么，影响LED 芯片结温的因素究竟有那些呢？首先LED灯具结温可由热阻公式R总=（Tj-T环）/W产推知：Tj=R总*W产+T环（式中Tj――LED结温，R总――LED芯片到环境的总热阻，W产――总的产热功率，T环――环境温度）。
从以上公式可以看出，影响LED结温的因素主要是产热、散热（热阻）和环境温度，具体地说,就是对于一个LED灯具，整体的产热功率越大、散热效果越差、环境温度越高，LED芯片的结温越高；反之，芯片的结温越低。
下面我们分别就产热、散热和环境温度对LED结温的影响加以分析。
1．产热对LED结温的影响图1 LED灯具工作示意图首先我们分析一下LED灯具的构成，一般一个直流LED灯具主要包括灯罩，灯板（包括铝基板和灯珠），散热器，驱动电源、接口等，如图1示。
LED热阻计算方法
LED热阻计算方法LED的正常工作需要一定的条件，例如合适的电流、电压和温度。
当LED工作时，会产生热量，如果热量无法及时散出，会导致LED芯片温度升高，影响其寿命和性能。
1. 确定LED芯片的参数：首先需要知道LED芯片的最大功率Pd（一般通过LED芯片的规格书可以找到），以及工作时的最高结温Tj_max。
2.计算LED芯片的热阻：LED芯片的热阻可以通过以下公式来计算：Rth(j-c) = (Tj_max - Ta) / Pd其中，Rth(j-c)为LED芯片的热阻，Tj_max为最高结温，Ta为环境温度，Pd为最大功率。
例如，如果LED芯片的最高结温Tj_max为100°C，环境温度Ta为25°C，最大功率Pd为1W，则可以计算得到：Rth(j-c) = (100 - 25) / 1 = 75 °C/W3. 确定散热器的参数：接下来需要确定散热器的热阻Rth(c-a)，这是散热器的特性参数，可以通过散热器的规格书或测试得到。
4. 计算总热阻：将LED芯片的热阻和散热器的热阻相加，即可得到总热阻Rth(j-a)：Rth(j-a) = Rth(j-c) + Rth(c-a)例如，如果LED芯片的热阻Rth(j-c)为75 °C/W，散热器的热阻Rth(c-a)为10 °C/W，则可以计算得到：Rth(j-a) = 75 + 10 = 85 °C/W总热阻越小，表示散热效果越好，LED芯片的温度升高会更低。
5. 判断散热效果：最后，可以通过比较总热阻Rth(j-a)和LED芯片的允许最高结温Tj_max，判断散热效果是否合格。
如果总热阻小于Tj_max，说明散热效果良好；反之，可能需要进行散热设计的改进，以确保LED的正常工作。
需要注意的是，以上计算方法是一个简化的计算模型，实际散热设计可能还需要考虑其他因素，如散热器材料的导热性能、附加散热装置的影响等。
LED结温测算方法
LED结温测算⽅法⽬录第⼀章电压法测量结温第⼀节电压法测算结温的理论依据第⼆节K系数的测量1. 测量K系数的原理2. 关于K系数的说明3. 测试电流⼤⼩对K系数的影响4. K系数测量⽅法5. 数据处理6. 关于器件⼚商提供K值的建议7. K系数测量误差问题第三节利⽤K系数测算结温第⼆章热阻法测算结温第⼀节热阻法测算结温的基本原理第⼆节热阻法测结温的问题1. 为什么要⽤热阻法测结温2. 热阻参考点的选择3. 器件传热状况的影响4. 温度的影响5. 热阻法测结温参考点的正确选择第三章其它测结温⽅法简介前⾔关于 PN 结温度的测量，以往在半导体器件应⽤端测算结温的⼤多是采⽤热阻法，但这种⽅法对LED 器件是有局限性的，并且以往很多情况下被错误地应⽤。
应⽤热阻法的错误之处，以及其局限性，本⼈已在⽂献【1】中有详细阐述。
本⼈认为应该摒弃热阻法。
现在出现了不少新的测结温的⽅法，但其中⼀些⽅法也许并不能很好地反映结温。
⽐如红外成像法，理论上讲这只是测量器件表⾯或芯⽚表⾯的温度，不可能测量到实际 PN 结处的温度。
光谱法则只是个别专业测试机构能够进⾏，仪器昂贵，不适于器件使⽤者⽇常⼯作。
实际上，⽆论从专业测量，还是业余测量，最简便易⾏、最准确的、最基础的，还是电压法测算结温。
热阻法其实是在电压法基础上衍⽣⽽来的。
由于现在测量显⽰精度达 1mV 的仪表很便宜，器件使⽤者完全没有必要采⽤热阻法来测算结温。
本⽂主要是介绍电压法测算结温。
也介绍了热阻法测算结温，并提出热阻法存在的问题。
最后简单介绍了⼀些其它测结温的⽅法。
本⽂介绍的电压法测算结温的⽅法，是从⼀般⼯程应⽤的⾓度来讲。
主要是为⼀般的器件⼚商和器件使⽤者提供⾃⼰测试的⽅法。
因此所述的⽅法中，使⽤的⼀些仪器不能与专业的仪器设备⽐较，但精度和准确性不⽤担⼼。
这⽅⾯只要你懂得了物理原理就明⽩了。
关键还是看具体的操作者对测试机构的设计和仪表的选择，以及操作中的精⼼程度。
大功率LED结温方法
大功率LED 结温方法GaN 基白光LED 结温测试方法1. 正向电压法(forward voltage method)原理：初始电压与初始结温符合很强的线性关系KV V T T t j 00-+= 其中T0是作为参考的环境温度,V0是在T0下的初始电压;Tj 和Vt 分别是稳定时的结温和正向电压。
系数K 可以通过测量两组不同的参考温度和电压得到K=(V1-V0) /(T1-T0),也可以通过测量多组参考温度和电压作线性拟合得到。
K 值测量测量时将LED 放置在控温烤箱中，施加小电流（10mA ），分别在不同的烤箱温度下（Ta1,Ta2）,每个温度阶段恒温30min （样品为1WLED 加散热片，如果未加散热片可另外考虑），使得结温与环境温度一致，测试过程中保持电流恒定。
测量LED 的正向电压（Vf1,Vf2）,这时可近似认为；K=(V1-V0) /(Ta2-Ta1)Rth 为热阻Rth=（Tj-Tb ）/PTb 为测试得到的基板底部的温度，P 为L E D 的耗散功率,Tb 用热电偶实时测量LED 基板底部的温度。
2. 管脚法(Pin method)原理：管脚温度法是利用LED 器件的热输运性质,通过测量管脚温度和芯片耗散的热功率,以及热阻系数来确定结温p j j p j R P T T -+=*其中Tp 是管脚温度,Tj 是结温;Pj 是LED 芯片耗散的热功率;R Θj-p 是从结到管脚的热阻系数,可以由厂家给出,或者由实验确定,本实验中结合电压法测量来确定热阻系数文献中提到热阻系数由电压法测得，而电压法又会存在误差，所以此方法误差会较大一些。
3. 蓝白法（non-contactmethod for determining junction temperatur ） 原理：利用白光LED 的发光光谱分布(SPD)来测量结温,最大的优点是不需要破坏器件的整体性,是一种非接触的结温测量方法。
蓝白比R 与结温都有较好的线性关系,可通过测量光谱算得R 值,然后用下面的换 算公式得到结温：rj K R R T T 00-+= 其中T0为参考结温,Tj 是要测量的结温;R0和R 分别是结温为T0和Tj 时的蓝白比;Kr 是比例系数,可以通过测量两组不同的参考结温和蓝白比得到Kr=(R0-R1) /(T0-T1),也可以通过测量多组已知结温情况下的蓝白比作线性拟合。
LED散热器各部分热阻及其影响因素
⑶.产热功率的影响：同一散热器，同样环境下，实际产热功率越大，散热器的热阻反而略有减小。
所以散热器的总热阻不仅与散热器的散热面积、几何尺寸、表面材料的辐射系数等自身因素有关，还受LED的产热功率以及周围环境的对流系数等外部因素的影响，并不是一个恒定的数值。但一般来说，在自然对流情况下对流系数变化并不大，正常情况下LED产热功率的变化也不会太大，对热阻的影响应该很小。为便于分析和计算，我们在应用时可近似认为散热器的总热阻是一定的。
Q产=a.W⑵
Q导=b.s.(T1-T2)/L⑶
式中
Q产——LED工作时产生的热量
Q导——散热器本身导出的热量
T1——与铝基板接触点处散热器的温度
T2——散热器外表面平均温度
a——LED产热系数
W——为LED灯实际功率
b——散热器材料综合导热系数
s——散热器平均传热面积
L——散热器热传导平均距离
对于特定散热器b、s、L是一定的，因此公式⑶可简化为Q导=m.(T1-T2)，其中m=b.s/L，经推导可知m.(T1-T2)=a.W，因此(T1-T2)=a.W/m，带入公式⑴可知R导=a/m，由此公式可以看出对于特定散热器，在LED灯源一定的情况下，散热器的热阻是一个定值。另外，在热阻计算公式中W代表的是LED的总功率，而LED在工作中一部分功率用于发光，一部分功率转变为热能，因此既然是计算热阻，公式中的W换成产热功率(a.W)更为科学，这样R导=1/m=L/(b.s),就是说散热器本身热阻与电阻一样，是一个仅跟散热器本身参数有关的常数，它与散热器平均传热距离成正比，与散热器平均传热面积、散热器材料导热系数成反比。
LED散热器各部分热阻及其影响因素
大功率LED热阻的测量
大功率LED热阻的测量1. 原理半导体材料的电导率具有热敏性，改变温度可以显著改变半导体中的载流子的数量。
禁带宽度通常随温度的升高而降低，且在室温以上随温度的变化具有良好的线性关系，可以认为半导体器件的正向压降与结温是线性变化关系：ΔVf=kΔT j（K：正向压降随温度变化的系数）则从公式（1）及其推导可知，大功率LED的热阻（结点到环境）为：Rthja＝ΔVf /（K*Pd ）式中，Pd＝热消散速率，目前约有60％～70％的电能转化为热能，可取Pd＝0.65*If*Vf计算。
只要监测LED正向压降Vf的改变，便可以求得K值并算出热阻。
2. 测量系统热阻测试系统如图4，要求测试中采用的恒温箱控温精度为±1℃，电压精度1mv。
图中R1是分流电阻，R2用来调整流过LED的电流大小，通过电阻R1、R2和恒流源自身的输出调节，可以精确控制流过LED的电流大小，保证整个测试过程中流过LED的电流值恒定。
3. 测试过程（1）测量温度系数K：a. 将LED置于温度为Ta的恒温箱中足够时间至热平衡,此时Tj1= Ta ；b. 用低电流（可以忽略其产生的热量对LED的影响，如I f’ = 10mA）快速点测LED的Vf1；c. 将LED置于温度为Ta’(Ta’>Ta)的恒温箱中足够时间至热平衡，Tj2=Ta’；d. 重复步骤2，测得Vf2；e. 计算K：K＝(Vf2-Vf1)/(Tj2-Tj1)＝(Vf2-Vf1)/( Ta’- Ta)（2）测量在输入电功率加热状态下的变化：a. 将LED置于温度为Ta的恒温箱中，给LED输入额定If使其产生自加热；b. 维持恒定If足够时间至LED工作热平衡，此时Vf达至稳定，记录If ,Vf；c. 测量LED热沉温度（取其最高点）Ts；d. 切断输入电功率的电源，立即（〈10ms）进行（1）之b步骤，测量Vf3。
（3）数据处理：△Vf＝Vf3－Vf1，取Pd＝0.65*If*Vf计算：Rthja＝△Vf/（K*Pd）Rthsa＝（Ts－Ta）/Pd＝（Ts－Ta）/（0.65*IF*Vf）Rthjs＝Rthja－Rthsa。
电压法LED结温及热阻测试原理
电压法LED结温及热阻测试原理近年来,由于功率型LED 光效提高和价格下降使LED 应用于照明领域数量迅猛增长,从各种景观照明、户外照明到普通家庭照明,应用日益广泛。
LED 应用于照明除了节能外,长寿命也是其十分重要的优势。
目前由于LED 热性能原因,LED 及其灯具不能达到理想的使用寿命;LED 在工作状态时的结温直接关系到其寿命和光效;热阻则直接影响LED 在同等使用条件下LED 的结温;LED 灯具的导热系统设计是否合理也直接影响灯具的寿命。
因此功率型LED 及其灯具的热性能测试,对于LED 的生产和应用研发都有十分直接的意义。
以下将简述LED 及其灯具的主要热性能指标,电压温度系数K、结温和热阻的测试原理、测试设备、测试内容和测试方法,以供LED 研发、生产和应用企业参考。
一、电压法测量LED 结温的原理LED 热性能的测试首先要测试LED 的结温,即工作状态下LED 的芯片的温度。
关于LED 芯片温度的测试,理论上有多种方法,如红外光谱法、波长分析法和电压法等等。
目前实际使用的是电压法。
1995 年12 月电子工业联合会/电子工程设计发展联合会议发布的>标准对于电压法测量半导体结温的原理、方法和要求等都作了详细规范。
电压法测量LED 结温的主要思想是：特定电流下LED 的正向压降Vf与LED 芯片的温度成线性关系,所以只要测试到两个以上温度点的Vf值,就可以确定该LED 电压与温度的关系斜率,即电压温度系数K 值,单位是mV/°C 。
K 值可由公式K=ㄓVf/ㄓTj求得。
K 值有了,就可以通过测量实时的Vf值,计算出芯片的温度(结温)Tj。
为了减小电压测量带来的误差,>标准规定测量系数K 时,两个温度点温差应该大于等于50 度。
对于用电压法测量结温的仪器有几个基本的要求：A、电压法测量结温的基础是特定的测试电流下的Vf测量,而LED 芯片由于温度变化带来的电压变化是毫伏级的,所以要求测试仪器对电压测量的稳定度必须足够高,连续测量的波动幅度应小于1mV 。
LED热阻计算方法
LED 热阻计算方法随着LED超高亮度的出现及LED色彩的丰富，LED的应用也由最初的指示扩展到交通、大屏幕显示、汽车刹车灯、转向灯、工程建筑装饰灯、特种照明领域并正在向普通照明积极推进。
阻碍这一发展的最大敌害是LED的热量管理，因此从事热阻、结温、热参数匹配等问题的研究和改进具有深远的意义。
如何降低LED的热阻、结温，使PN结产生的热量能尽快的散发出去，不仅可提高产品的发光效率，提高产品的饱和电流，同时也提高了产品的可靠性和寿命。
据有关资料分析，大约70％的故障来自LED的温度过高，并且在负载为额定功率的一半的情况下温度每升高200C故障就上升一倍。
为了降低产品的热阻，首先封装材料的选择显得尤为重要，包括晶片、金线，硅胶、Epoxy、粘结胶等,各材料的热阻要低即要求导热性能好；其次结构设计要合理，各材料间的导热性能和膨胀系数要连续匹配。
避免导热通道中产生散热瓶颈或因封装物质的膨胀或收缩产生的形变应力，使欧姆接触、固晶界面的位移增大，造成LED开路和突然失效。
目前测量半导体器件工作温度及热阻的主要方法有：红外微象仪法，电压参数法，还有光谱法，光热阻扫描法及光功率法。
其中电压法测量LED热阻最常用。
一． LED热的产生、传导和疏散与传统光源一样，半导体发光二极管（LED）在工作期间也会产生热量，其多少取决于整体的发光效率。
在外加电能量作用下，电子和空穴的辐射复合发生电致发光，在P-N结附近辐射出来的光还需经过晶片（chip）本身的半导体介质和封装介质才能抵达外界（空气）。
综合电流注入效率、辐射发光量子效率、晶片外部光取出效率等，最终大概只有30-40％的输入电能转化为光能，其余60-70％的能量主要以非辐射复合发生的点阵振动的形式转化热能。
而晶片温度的升高，则会增强非辐射复合，进一步消弱发光效率。
大功率LED一般都有超过1W的电输入功率，其产生的热量相当可观，解决散热问题乃当务之急。
通常来说，大功率LED照明光源需要解决的散热问题涉及以下几个环节：1. 晶片PN结到外延层 ；2. 外延层到封装基板 ；3. 封装基板到外部冷却装置再到空气。
城市道路照明灯具中led结温的意义和测量方法
城市道路照明灯具中LED结温的意义和测量方法城市道路照明灯具中LED结温的意义和测量方法摘要：城市道路照明中不可缺少LED灯具，具有运行可靠、高效节电、等诸多优点。
本文介绍了测量半导体LED灯具的结温意义和测量方法，供大家参考。
关键词：LED 结温测量中图分类号：U41 文献标识码：A 文章编号：一、前言由于LED半导体照明灯具具有光效高、寿命长、不含重金属等突出优点，是继白炽灯、高压汞灯、高压钠灯、金卤灯之后新一代大功率照明产品，因此在城市道路照明系统中，LED路灯应用越来广泛。
作为LED路灯的关键光源-LED的质量就成为重要的研究对象，其中LED结温是影响发光效率、使用寿命的重要参数之一。
LED的基本结构是一个半导体的P-N结。
实验指出，当电流流过LED器件时，P-N结的温度将上升，严格意义上说，就把P-N结区的温度视之为结温。
通常由于器件芯片均具有很小的尺寸，因此我们也可把LED芯片的温度视之为结盟。
在LED工作时，可存在以下四种情况促使结温不同程度的上升：器件不良的电极结构，窗口层衬底或结区的材料以及导电银胶等均存在一定的电阻值，当电流流过P-N结时，同时也会流过这些电阻，从而产生焦耳热，引致芯片温度或结温的升高。
由于P-N结不可能极端完美，器件的注入效率不会达到100%，而以发热的形式消耗掉了。
由于LED芯片材料与周围介质相比，具有大得多的折射系数，致使芯片内部产生的极大部分光子（>90%）无法顺利地溢出界面，而在芯片与介质面产生全反射，返回芯片内部并通过多次内部反射最终被芯片材料或衬底吸收，并以晶格振动的形式变成热，促使结温升高。
LED器件的热散失能力是决定结温高低的又一个关键条件。
散热能力强时，结温下降，反之，散热能力差时结温将上升。
二、意义（一）结温对LED光输出的影响实验指出，LED的光输出均明显依赖于器件的结晶。
当LED的结温升高时，器件的输出光强度将逐渐减小，而结温下降时，光输出强度将增大。
led灯珠结温测试方法
led灯珠结温测试方法英文回答：LED Die Temperature Measurement Methods.Determining the junction temperature (Tj) of an LED die is crucial for ensuring optimal performance and reliability. Accurate Tj measurement enables the assessment of thermal management effectiveness and the prediction of LED lifespan. Several methods are commonly used to measure LED die temperature:1. Forward Voltage (Vf) Method.The forward voltage (Vf) of an LED decreases linearly with increasing temperature. By measuring the Vf at a known temperature and then at the operating temperature, the temperature difference can be calculated using thefollowing equation:ΔTj = (ΔVf / αVf) (1 + αTj)。
where:ΔTj is the temperature difference.ΔVf is the difference in forward voltage.αVf is the temperature coefficient of forward voltage.αTj is the temperature coefficient of Vf at the reference temperature.This method is simple and non-invasive but requires accurate knowledge of αVf and αTj.2. Light Output Power (LOP) Method.The light output power (LOP) of an LED decreases exponentially with increasing temperature. By measuring the LOP at a known temperature and then at the operating temperature, the temperature difference can be calculated:ΔTj = (1 / β) ln(LOP1 / LOP2)。
结点温度及热阻讲解
結點溫度及熱阻講解1.LED結溫產生的原因LED的結溫是指P-N結區的溫度，通常被理解成LED芯片的溫度。
其形成是LED空穴、電子流的運動，一部分能量產生有效果的光電效應，發出光子;另一部分以熱能的形式消耗掉了，從而導致P-N結區芯片溫度升高。
對于一個封裝好的LED發光二極光來說，產生結溫有兩個原因，其一為出光效率低，說明大部分電能轉化為熱能，產生了結溫;其二為LED 的封裝散熱能力，散熱能力的好坏是產生結溫高低的關鍵因數，散熱能力強，產生的結溫相對就低，反之散熱能力差時，結溫將會上升，其結果將會導致出光效率更低，進一步推動結溫的上升。
2.LED熱阻的定義熱阻是表征LED熱學特性的一個重要參數。
其定義為：在熱平衡條件下，兩規定點（或區域）溫度差與產生這兩點溫度（或區域）的熱耗散功率之比。
熱阻符號Rθ或Rth，熱阻單位K/W。
其數學表達式為：Rθ=△T/PD，其中△T為溫度差，PD為兩規定點（或區域）的熱功率流。
從公式中可以看出，當LED熱功率流不變時，△T與PD成正比例關系，△T= Rθ* PD。
從而可知LED結溫與熱阻、熱功率的關系為：Tj=Rja*(Pi-Po)+Ta,式中Tj——LED的P-N結溫度;Rja ——從P-N結到環境之間的熱阻; Pi ——LED的輸入功率; Po ——LED的光功率; Ta ——環境溫度。
基于目前的半導體制造技朮，LED的輸入功率中只有大約10%~15%的能量轉化為光能，其它的則轉化為熱能，所以我們在進行結溫評估時，近似的認為器件的熱耗散功率等于器件的電輸入功率，即：PD= Pi-Po ≒Pi = VF*IF。
3.熱阻的構成通常在LED器件應用中，結構熱阻分為芯片襯底、襯底與LED支架固、焊區的粘結層、LED支架、LED器件外挂散熱裝置及自由空間熱阻，其熱阻通道成串聯關系，如下包含散熱片的熱阻模型：用數學公式表示為：Rth j-a=Rth j-sp+Rth sp-h+Rth h-a，從上面模型可以看出總熱阻是三個熱阻串聯之和，它們分別是，從結點到焊接點的熱阻Rth j-sp，從焊接點到散熱片間的熱阻j-sp+Rth sp-h，從散熱片到外部環境的熱阻Rth h-a。
LED灯珠数量计算及热阻
LED灯珠数量计算及热阻电源效率=LED电压×通过LED的电流÷输入功率光学效率=灯具光通量÷裸光源测试光通量注.以上均为瞬态测试正式的计算步骤：1、确定设计光效；假设客户要求是13W1800lm，那么此时光效要求就是139lm/W2、确定使用颗粒的电流：影响光效的主要有透光率、灯珠本身、热衰减系数（光通量衰减、VF衰减），公式如下：LED灯珠光效×透光率×衰减系数×电源效率=灯具光效比如现在需要做的灯管，透光率94%，瞬态到稳态光效衰减1.5%，电源效率90%，灯珠光效即139lm/W÷0.94÷0.985÷0.9=167lm/W。
通过查表，得到一个合适的电流55mA3、确定灯珠数量单颗灯珠功率×数量=灯具功率×电源效率×衰减系数电流确定后，查表可以得到单颗功率0.153W。
数量=13×0.9×0.975÷0.153=75颗，但这个数量不能直接使用，因为还要考虑电源的参数，搭配合适的串并联，得到最终一个准确的数值：40串2并。
热阻(thermal resistance)，是物体对热量传导的阻碍效果。
热阻的单位为℃/W，即物体持续传热功率为1W时，导热路径两端的温差。
LED的热阻是指LED点亮后，热量传导稳定时，芯片表面每1W耗散，PN结点的温外与连线的支加或散热基板之间的温度差就是LED的热阻Rth。
热阻值一般常用θ或是R表示，其中Tj为接面位置的温度，Tx 为热传到某点位置的温度，P为匯入的发热功率。
热阻大表示热不容易传递，因此套件所产生的温度就比对高，由热阻可以判断及预测套件的发热状况。
℃/W数值越低，表示芯片中的热量向外界传导越快。
因此，降低了芯片中PN结的温度有利于LED寿命的延长。
那麼影响LED元件热阻的主要因素有哪些呢？如何降低LED元件的热阻呢？1、LED芯片架构与原物料也是影响LED热阻大小的因素之一，减少LED本身的热阻是先期条件；2、不同导热系数的热沉材料，如铜、铝等对于LED热阻大小的影响也很大，因此选取合适的热沉材料也是降低LED元件热阻的方法之一。
热阻与结温计算方法
大功率LED的散热设计关键字：LED散热结构结温散热措施TJ散热面积关系曲线大功率允许温度正向压降大功率LED的散热设计近年来，大功率LED发展较快，在结构和性能上都有较大的改进，产量上升、价格下降；还开发出单颗功率为100W的超大功率白光LED。
与前几年相比较，在发光效率上有长足的进步。
例如，Edison公司前几年的20W白光LED，其光通量为700lm，发光效率为35lm/W。
2007年开发的100W白光LED，其光通量为6000lm，发光效率为60lm/W。
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、最大结温、热阻及外廓尺寸上都有较大的改进。
Cree公司新推出的XLamp XR～E冷白光LED，其最高亮度挡QS在350mA时光通量可达107～114lm。
这些性能良好的大功率LED给开发LED白光照明灯具创造了条件。
前几年，各种白光LED照明灯具主要是采用小功率Φ5白光LED来做的。
如1～5W 的灯泡、15～20W的管灯及40～60W的路灯、投射灯等。
这些灯具使用了几十到几百个Φ5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，这几年逐步采用大功率白光LED来替代Φ5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，若采用Φ5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65lm的强光手电筒，照射距离可达几十米。
若采用Φ5白光LED来做则是不可能的。
图1 结温TJ与相对出光率关系图用大功率LED做的灯具其价格比白炽灯、日光灯、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采用LED灯具，其一次性投资较高，但长期的节电效果及经济性都是值得期待的。
floEFD中LED散热的相关说明
floEFD中LED散热的相关说明LED（发光二极管）功能允许用户使用一个基于双热阻模型和灯具详细模型（RC 网络）的简化封装模型来模拟一个发光二极管 (LED)。
可以从工程数据库中选择预定义的 LED，也可以通过指定参数来创建用户定义的 LED。
LED 把电能转化为光能的效率取决于其工作条件。
结温 (T J) 和外加正向电流(I F)。
LED 结上的发热量等于 LED 的总输入电能 (V F· I F) 减去 LED 的发光能量（Φe - 发出的总辐射通量，也表示为 P opt）：P H = V F· I F - Φe。
此发热量和 LED 的热阻 (R th) 一起决定了 LED 的结温：T J = P H· R th + T amb。
在 FloEFD中，壳使用两种模型来模拟 LED 元件内部的传热过程：∙其中较简单的模型是基于双热阻模型以及元件的精确发热量 (P H)。
此模型仅用于预测结温。
∙另一种更精确的模型使用 LED 的准确正向电流 (I F) 和由T3Ster® TeraLED® 测出的光功率及散热特征参数来建模。
并有以下假定：∙正向电压取决于正向电流和结温大小，并和结温呈线性关系。
V F = V F0 - S VF· (T J - T0)，∙发光能量和“热流明”也取决于正向电流和结温大小，并和结温呈线性关系。
Φe = Φe0 - SΦe· (T J - T0)，ΦV = ΦV0 - SΦV· (T J - T0)。
可使用从T3Ster® TeraLED® 导入的以下数据，通过此模型预测结温和光通量：∙C jb(R jb) 是RC 网络中测得的热容值，它和从结到散热器的路径中的热阻值（从结到底部，Rjb-Cjb）是对应的；∙V F0(I F) 是正向电流 I F 在参考温度 T0时产生的正向电压。
LED 热 阻 计 算 方 法
LED 热阻计算方法随着LED超高亮度的出现及LED色彩的丰富，LED的应用也由最初的指示扩展到交通、大屏幕显示、汽车刹车灯、转向灯、工程建筑装饰灯、特种照明领域并正在向普通照明积极推进。
阻碍这一发展的最大敌害是LED的热量管理，因此从事热阻、结温、热参数匹配等问题的研究和改进具有深远的意义。
如何降低LED的热阻、结温，使PN结产生的热量能尽快的散发出去，不仅可提高产品的发光效率，提高产品的饱和电流，同时也提高了产品的可靠性和寿命。
据有关资料分析，大约70％的故障来自LED的温度过高，并且在负载为额定功率的一半的情况下温度每升高200C故障就上升一倍。
为了降低产品的热阻，首先封装材料的选择显得尤为重要，包括晶片、金线，硅胶、Epoxy、粘结胶等,各材料的热阻要低即要求导热性能好；其次结构设计要合理，各材料间的导热性能和膨胀系数要连续匹配。
避免导热通道中产生散热瓶颈或因封装物质的膨胀或收缩产生的形变应力，使欧姆接触、固晶界面的位移增大，造成LED开路和突然失效。
目前测量半导体器件工作温度及热阻的主要方法有：红外微象仪法，电压参数法，还有光谱法，光热阻扫描法及光功率法。
其中电压法测量LED热阻最常用。
一． LED热的产生、传导和疏散与传统光源一样，半导体发光二极管（LED）在工作期间也会产生热量，其多少取决于整体的发光效率。
在外加电能量作用下，电子和空穴的辐射复合发生电致发光，在P-N结附近辐射出来的光还需经过晶片（chip）本身的半导体介质和封装介质才能抵达外界（空气）。
综合电流注入效率、辐射发光量子效率、晶片外部光取出效率等，最终大概只有30-40％的输入电能转化为光能，其余60-70％的能量主要以非辐射复合发生的点阵振动的形式转化热能。
而晶片温度的升高，则会增强非辐射复合，进一步消弱发光效率。
大功率LED一般都有超过1W的电输入功率，其产生的热量相当可观，解决散热问题乃当务之急。
通常来说，大功率LED照明光源需要解决的散热问题涉及以下几个环节：1. 晶片PN结到外延层；2. 外延层到封装基板；3. 封装基板到外部冷却装置再到空气。
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LED结温热阻计算方法详解.
Ta: 环境温度Rsa：铝基散热装置的热阻、散热器与环境间的热阻
Ts: 散热装置的温度. Rms：铝基板到铝散热装置的热阻
Tm: 铝基板的温度. Rcm：引脚到铝基板的热阻
Tc: 引脚的温度. Rjc：PN结到引脚的热阻、结壳间的热阻
Rja：PN结点到环境的热阻 Tj：晶体管的结温、芯片PN结最大能承受之温度( 100-130℃)
P表示功耗 Rcs表示晶体管外壳与散热器间的热阻，
L50: LED光源亮度降至50%的寿命
L70: LED光源亮度降至70%的寿命
结温计算的过程：
1.热阻与温度、功耗之间的关系为： Ta=Tj-*P(Rjc+Rcs+Rsa)=Tj-P*Rja，
2.当功率晶体管的散热片足够大而且接触足够良好时，壳温Tc=Ta
晶体管外壳与环境间的热阻Rca=Rcs+Rsa=0。
此时Ta=Tj-*P(Rjc+Rcs+Rsa)演化成公式
Ta=Tc=Tj-P*Rjc。
厂家规格书一般会给出，最大允许功耗Pcm、Rjc及(或) Rja等参数。
一般Pcm 是指在Tc=25℃或Ta=25℃时的最大允许功耗。
当使用温度大于25℃时，会有一个降额指标。
3.以ON公司的为例三级管2N5551举个实例：
1)2N5551规格书中给出壳温Tc=25℃时的最大允许功耗是1.5W，Rjc是83.3度/W。
2)代入公式Tc=Tj- P*Rjc有：25=Tj-1.5*83.3可以从中推出最大允许结温Tj为150度。
一
般芯片最大允许结温是确定的。
所以，2N5551的允许壳温与允许功耗之间的关系为：
Tc=150-P*83.3。
3)比如，假设管子的功耗为1W，那么，允许的壳温Tc=150-1*83.3=66.7度。
4)注意，此管子Tc =25℃时的最大允许功耗是1.5W，如果壳温高于25℃,功率就要降额使用。
规格书中给出的降额为12mW/度(0.012W/度）。
5)我们可以用公式来验证这个结论。
假设壳温为Tc，那么，功率降额为0.012*(Tc-25)。
则此
时最大总功耗为1.5-0.012*(Tc-25)。
把此时的条件代入公式Tc=Tj- P*Rjc得出：
Tc=150-(1.5-0.012*(Tc-25))*83.3，公式成立。
4.一般情况下没办法测Tj，可以经过测Tc的方法来估算Tj。
公式变为： Tj=Tc+P*Rjc
1)同样以2N5551为例。
假设实际使用功率为1.2W，测得壳温为60℃，那么，
Tj=60+1.2*83.3=159.96此时已经超出了管子的最高结温150度了！
2)按照降额0.012W/℃的原则，60℃时的降额为(60-25)*0.012=0.42W， 1.5-0.42=1.08W。
也
就是说，壳温60℃时功率必须小于1.08W，否则超出最高结温。
3)假设规格书没有给出Rjc的值，可以如此计算：Rjc=(Tj-Tc)/P，如果也没有给出Tj数据，
那么一般硅管的Tj最大为150℃。
4)同样以2N5551为例。
知道25度时的功率为1.5W，假设Tj为150，那么代入上面的公式：
Rjc=(150-25)/1.5=83.3℃/W，恰好等于规格书给出的实际热阻。
方法一：
Tj=Ta+Rja*P
P=IF*VF P：发热功率
（热阻串联公式Rja=（Rjc+Rcm+Rms+Rsa）
(热阻并联公式)Rja=（Rjc+Rcm+Rms）/N+Rsa N:LED的颗数
PN结点温度等于环境温度与热功率和总热阻乘积之和.
比如：已知引脚温度：25℃，产品为1W大功率，电压：3.3V 电流: 350Ma 热阻是5℃/W，那产品的结温是多少呢？
计算方法如下：
Tj=Ts+3.3*0.35*5=25+8.25=33.25℃也就是说，在环境温度25℃的情况下，LED正常工作时的结温是33.25℃.
那热阻怎么计算呢？
Rja=△T/P= (Tj–Ta) /（IF*VF）
还是按照上面的条件，反推回去.
Rja=(33.25–25)/(0.35*3.3)=8.25/1.155=5℃/W
方法二：
可以通过电压法测试出产品的结温：
其主要思想是：特定电流下LED的正向电压VF与LED芯片的温度成线性关系,所以只要测试到两个以上温度点的VF值,就可以确定该LED电压与温度的关系斜率,即电压温度系数K值,单位是mV/°C。
K值可由公式K=△Vf/△Tj 求得。
K 值有了,就可以通过测量实时的Vf 值,计算出芯片的温度(结
温)Tj 。
举例说明：
常温25°C0.1mA测试电压值为2.495V,
高温85°C0.1mA 测试电压值为2.345V
常温25°C20mA 测试电压初始值为3.2346V 稳定值：3.2V
K=(2.495-2.345)/(25-85)=0.15/-60=-2.5mV/°C
Tj=25+(3.2346-3.2)/-0.0025=25+13.84=38.84°C
由此推算处此产品热阻为：
Rth=(38.84–25)/3.2*0.02=216℃/W。