LED散热计算公式详解
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)。
LED 散热设计原理及结温等相关技术参数的计算公式
LED 散热设计原理及结温等相关技术参数的计算公式2008-01-15 10:00:41 作者：戴维大功率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。
LED散热设计与计算公式
三：热阻（表征阻止热量传递的能力的综合参量），单位℃/W，方程式中用 “R”或“θ”表示。 导热热阻：R=L/（KA），L为平板厚度；A为平板垂直于热流方向的截面积； K为平板材料的导热率。 对流换热热阻：R=1/（hA），h为对流换热系数，A 为换热面积； 辐射热阻： 1，对于两个物体表面的辐射：R=1/（A1F1-2）或1/（A2F2-1） 2，对于物体与环境大气的辐射：R=1/（hrA） 式中：A,A1，A2为物体互辐 射的表面积；F1-2和F2-1为辐射角系数；hr为辐射换热系数； 以上三种热阻 或综合热阻也可以用以下的公式定义： R12=（T1-T2）/Q（T1＞T2） 式中： T1，T2为某两点位置的温度；Q为通过的1,2点的传导热速率，则R12为1,2点 件的热阻。虽然热阻单位不同但其值是等效的，例：1℃/W=1K/W 四：接触热阻，单位㎡*K/W,在公式中用Rc表示； 对于单位面积的交界面接触 热阻定义为：Rc=(T2A-T2B)/Q，其中，T2A,T2B为两交接面的表面温度，Q为 通过交接面的传热速率。 减少触热阻的措施： 1. 增加借组部分面积，增加 结合压力，减小结合面粗糙度，提高结合面的平面度， 2. 选择导热率达界面 流体，自然状态下界面空隙的流体多为空气，而空气的导热系数极低 （0.023W/m*k）而在界面涂上有较高的导热能力的物体 五：散热器的设计及选择； ①；定义热边界条件（系统总的热耗散功率Q,最大 工作的温度TA,元器最大允许工作温度TJ） ②；估算系统热阻Rja=（Tj-Ta）/Q ③；估算散热热阻Rba=(Tj-Ta)/Q-Rjb ④；设计/选择散热器(根据估算的Rba为 初始目标进行散热器的设计或从散热设备制造商提供的规格数据选择合适的 散热器)
LED 散热设计与计算公式
一：LED灯具热分析公式： Ｔj ≧Ta + (
已发(修改)艾比森告诉您LED显示屏散热量的计算
艾比森告诉您LED显示屏散热量的计算我们知道LED显示屏怕热、怕水，热对LED显示屏性能的影响是致命的，直接影响显示屏使用过程的稳定性以及显示屏的使用寿命。
因此，为了减少热量对显示屏的影响，我们需要清楚显示屏的散热特点，进而对显示屏做出合理的散热设计。
针对LED显示屏的散热量，本文进行了推导演算，以期对LED显示屏的研发设计以及LED显示屏的工程安装能起一定的借鉴作用。
一、LED显示屏散热量的计算1、条件设定设，LED显示屏的像素间距为P(单位mm)，LED显示屏的面积为S(单位m2)，LED屏的亮度为L屏（单位cd/m2），LED显示屏的输入功率为W屏（单位W）。
设，所用RGB灯珠的光强分别为IR 、IG和IB（单位cd），对应的输入功率为WR 、WG和WB（单位W）。
2、RGB组成的像素点的光辐射功率计算计算每一个像素点，在白平衡时能产生的光辐射功率，计算可以如下：因为在显示屏白平衡时，RLED、GLED和BLED的强度比约为3:6:1，因此对于亮度为L屏（单位cd/m2）的显示屏在白屏的情况下，每个像素点的光强度I 像素=L屏（cd/m2）÷点数/m2÷η（η为光的系统损耗度，一般可取0.9左右）；则R、G、B所占的光强值分别为：则LED显示屏要达到亮度为L屏的白平衡时，R、G、BLED灯的输入电功率可近似为：设上述R、G、BLED灯珠芯片的电光转换效率分别为ηr 、ηg和ηb（电光转换效率LED芯片将电能转变为光能的效率）。
则上述每像素RGBLED辐射的光功率为：每像素RGBLED产生的热功率为：3、整块LED显示屏光的总辐射功率的计算由于显示屏的像素点个数=显示屏的面积/像素间距的平方=所以，LED显示屏辐射的光功率：=显示屏像素点个数×每个像素点产生的光功率=W屏 LED 光LED显示屏LED灯产生的热功率：=显示屏像素点个数×每个像素点产生的热功率W屏 LED 热4、LED显示屏产生的热功率LED显示屏产生的热量除来源于LED灯产生的热外，还包括了电子电路、驱动系统等产生的热，整个LED显示屏产生的热量的计算可参照以下2个方式。
LED散热计算公式详解..
LED散热计算公式详解..LT大功率LED的散热问题：LED是个光电器件，其工作过程中只有15%～25%的电能转换成光能，其余的电能几乎都转换成热能，使LED的温度升高。
在大功率LED中，散热是个大问题。
例如，1个10W白光LED若其光电转换效率为20%，则有8W的电能转换成热能，若不加散热措施，则大功率LED的器芯温度会急速上升，当其结温（TJ）上升超过最大允许温度时（一般是150℃），大功率LED会因过热而损坏。
因此在大功率LED灯具设计中，最主要的设计工作就是散热设计。
另外，一般功率器件（如电源IC）的散热计算中，只要结温小于最大允许结温温度（一般是125℃）就可以了。
但在大功率LED散热设计中，其结温TJ要求比125℃低得多。
其原因是TJ对LED的出光率及寿命有较大影响：TJ越高会使LED的出光率越低，寿命越短。
K2系列白光LED的结温TJ与相对出光率的关系。
在TJ=25℃时，相对出光率为1；TJ=70℃时相对出光率降为0.9；TJ=115℃时，则降到0.8了。
：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。
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。
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。
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。
LED灯珠散热计算方法及公式.
2019/6/25
27
Ifmax(mA)
电流降级曲线
小功率LED
Ta（℃）
实际数据
1
外推数据
实际数据
外推数据
实际数据
外推数据
2019/6/25
测试时间（小时） 10
二、LED的热工模型
1. LED热量的来源
•输入的电能中（约85%）因无效复合而产生的热量；
•来自工作环境的热量。
2. LED的热工模型
•LED芯片很微小，其热容可忽略；
•输入电能中大部分（约85%）转化为热量，一般计 算中忽略转化为光的部分能量（约15%），假设所有 的电能都转变成了热；
绿色
+0.04
+0.05
nm/℃
蓝绿色
+0.04
+0.05
nm/℃
蓝色
+0.04
+0.05
nm/℃
白光LED色温—结温飘移曲线
CCT (K)
白色
2019/6/25
Tj（℃） 6
(3)正向压降Vf结温Tj的关系 Vf（Tj2）= Vf（Tj1）+kΔ Tj
k=Δ Vf/Δ Tj ：正向压降随结温变化的系数，通常取-2.0mV/℃.
环氧树脂热膨胀系数随温度变化曲线
Hale Waihona Puke 2019/6/259
(7)热对LED寿命的影响
不同温度下AlInGaP Power LED老化测试结果
相 对 光 输 出
实际数据 外推数据 实际数据 外推数据 实际数据 外推数据
测试时间（小时）
LED知识大全LED散热附详细图表
LED知识大全：LED散热［附详细图表］2011-03-07 15:55:08 文章来源：OF week半导体照明网作者：茅于海导读:LED的散热现在越来越为人们所重视，这是因为LED的光衰或其寿命是直接和其结温有关，散热不好结温就高，寿命就短，依照阿雷纽斯法则温度每降低10℃寿命会延长2倍。
关键字LED散热LED光衰结温LED的散热现在越来越为人们所重视，这是因为LED的光衰或其寿命是直接和其结温有关，散热不好结温就高，寿命就短，依照阿雷纽斯法则温度每降低10℃寿命会延长2倍。
从Cree 公司发布的光衰和结温的关系图（图1）中可以看出，结温假如能够控制在65°C，那么其光衰至70％的寿命可以高达10万小时！这是人们梦寐以求的寿命，可是真的可以实现吗？是的，只要能够认真地处理它的散热问题就有可能做到！遗憾的是，现在实际的LED灯的散热和这个要求相去甚远！以致LED灯具的寿命变成了一个影响其性能的主要问题，所以必须要认真对待！图1：光衰和结温的关系(点击图片放大)而且，结温不但影响长时间寿命，也还直接影响短时间的发光效率，例如Cree公司的XLamp7090XR-E的发光量和结温的关系如图2所示。
图2：结温和发光量的关系(点击图片放大)假如以结温为25度时的发光为100%，那么结温上升至60度时，其发光量就只有90%；结温为100度时就下降到80%；140度就只有70%。
可见改善散热，控制结温是十分重要的事。
除此以外LED的发热还会使得其光谱移动；色温升高；正向电流增大（恒压供电时）；反向电流也增大；热应力增高；荧光粉环氧树脂老化加速等等种种问题，所以说，LED的散热是LED灯具的设计中最为重要的一个问题。
第一部分LED芯片的散热一、结温是怎么产生的LED发热的原因是因为所加入的电能并没有全部转化为光能，而是一部分转化成为热能。
LED的光效目前只有100lm/W，其电光转换效率大约只有20~30%左右。
散热计算方法
大功率LED的散热问题：LED是个光电器件，其工作过程中只有15%～25%的电能转换成光能，其余的电能几乎都转换成热能，使LED的温度升高。
在大功率LED中，散热是个大问题。
例如，1个10W白光LED若其光电转换效率为20%，则有8W的电能转换成热能，若不加散热措施，则大功率LED的器芯温度会急速上升，当其结温（TJ）上升超过最大允许温度时（一般是150℃），大功率LED会因过热而损坏。
因此在大功率LED灯具设计中，最主要的设计工作就是散热设计。
另外，一般功率器件（如电源IC）的散热计算中，只要结温小于最大允许结温温度（一般是125℃）就可以了。
但在大功率LED散热设计中，其结温TJ要求比125℃低得多。
其原因是TJ对LED的出光率及寿命有较大影响：TJ越高会使LED的出光率越低，寿命越短。
K2系列白光LED的结温TJ与相对出光率的关系。
在TJ=25℃时，相对出光率为1；TJ=70℃时相对出光率降为0.9；TJ=115℃时，则降到0.8了。
：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。
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。
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。
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。
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
led光衰计算
LED寿命推算方法
一、推算依据：阿仑尼乌斯模型
1、P=P0exp(-βt)
2、β=β 0 IFexp(-Ea/KTj)
式中：P0为初试光通量。
P为加温加电后的光通量；β为某一温度的衰退系数。
t为某一温度下的加电工作时间；
β0为常数；Ea为激活能；K为波耳兹曼常数；IF为工作电流；T j为结温：
二、由千小时光衰推断寿命
假定1000小时光衰光衰率为ｎ％，
由公式1可得50%光衰公式：t=1000*ln0.5/ln(1-ｎ％）
由公式1可得30%光衰公式：t=1000*ln0.7/ln(1-ｎ％）
项目 千小时光衰 50％光衰寿命（h) 30％光衰寿命（h)
（1）85摄氏度 8% 8312.950414 4277.62127
（2）70摄氏度 3% 22756.57306 11709.922
三、推算其它温度下LED寿命（以上温度指LED灯底部与电路板接触处表面温度，
在散热条件充分时即为环境温度，350mA使用时结温比环境温度高15摄氏度）
假定已知某种LED温度T1（摄氏度）时的寿命为t1,温度T2（摄氏度）时的寿命为t2
由公式2可得温度T3条件下的寿命t3为：
t3=t1*exp(ln(t2/t1)/(1/(T2+15+273)-1/(T1+15+273))*(1/(T3+15+273)-1/(T1+15+273))) 项目 85摄氏度寿命（h) 70摄氏度寿命（h) 50摄氏度寿命（h) 25摄氏度寿命（h) 50％光衰 8312.950414 22756.57306 100144.3113 833055.6622 30％光衰 4277.62127 11709.922 51531.576 428668.0953。
大功率LED散热设计详解
散热知识详解对作大功率LED照明的朋友应该有一定的帮助热传递的原理与基本方式学过中学物理的朋友都知道，热传递主要有三种方式：第一传导：物质本身或当物质与物质接触时，能量的传递就被称为热传导，这是最普遍的一种热传递方式，由能量较低的粒子和能量较高的粒子直接接触碰撞来传递能量。
相对而言，热传导方式局限于固体和液体，因为气体的分子构成并不是很紧密，它们之间能量的传递被称为热扩散。
热传导的基本公式为“Q=K×A×ΔT/ΔL”。
其中Q代表为热量，也就是热传导所产生或传导的热量;K为材料的热传导系数，热传导系数类似比热，但是又与比热有一些差别，热传导系数与比热成反比，热传导系数越高，其比热的数值也就越低。
举例说明，纯铜的热传导系数为396.4，而其比热则为0.39;公式中A代表传热的面积(或是两物体的接触面积)、ΔT代表两端的温度差;ΔL 则是两端的距离。
因此，从公式我们就可以发现，热量传递的大小同热传导系数、热传热面积成正比，同距离成反比。
热传递系数越高、热传递面积越大，传输的距离越短，那么热传导的能量就越高，也就越容易带走热量。
第二对流：对流指的是流体(气体或液体)与固体表面接触，造成流体从固体表面将热带走的热传递方式。
具体应用到实际来看，热对流又有两种不同的情况，即：自然对流和强制对流。
自然对流指的是流体运动，成因是温度差，温度高的流体密度较低，因此质量轻，相对就会向上运动。
相反地，温度低的流体，密度高，因此向下运动，这种热传递是因为流体受热之后，或者说存在温度差之后，产生了热传递的动力;强制对流则是流体受外在的强制驱动(如风扇带动的空气流动),驱动力向什么地方，流体就向什么地方运动，因此这种热对流更有效率和可指向性。
热对流的公式为“Q=H×A×ΔT”。
公式中Q依旧代表热量，也就是热对流所带走的热量;H为热对流系数值，A则代表热对流的有效接触面积;ΔT代表固体表面与区域流体之间的温度差。
大功率led散热的计算方法器
关于散热器选择的计算方法一，用于计算的参数定义：Rt─── 总内阻，℃/W；Rtj───器件的内热阻，℃/W；Rtc───器件与散热器界面间的界面热阻，℃/W；Rtf─── 散热器热阻，℃/W；Tj─── 发热源器件自有温度，℃；Tc───发热源器件表面壳温度，℃；Tf─── 散热器温度，℃；Ta─── 环境温度，℃；Pc───器件使用功率，W；ΔTfa ─── 散热器温升，℃；二，散热计算公式：Rtf =(Tj-Ta)／Pc - Rtj -Rtc式中：Rff（散热器热阻）是选择散热器的主要依据。
Tj 和Rtj 是发热源器件提供的参数（前述），Pc 是设计要求的参数，Rtc 可从热设计专业书籍中查表。
（1）计算总热阻Rt：Rt= (Tjmax-Ta)／Pc（2）计算散热器热阻Rtf 或温升ΔTfa：Rtf = Rt－Rtj－RtcΔTfa＝Rtf×Pc（3）确定散热器按照散热器的工作条件（自然冷却或强迫风冷），根据Rtf 或ΔTfa 和Pc 选择散热器，查所选散热器的散热曲线（Rtf 曲线或ΔTfa 线），曲线上查出的值小于计算值时，就找到了合适的散热器。
对于型材散热器，当无法找到热阻曲线或温升曲线时，可以按以下方法确定：按上述公式求出散热器温升ΔTfa，然后计算散热器的综合换热系数α：α＝7.2ψ1ψ2ψ3{√√ [(Tf-Ta)／20]}式中：ψ1─── 描写散热器L/b 对α的影响，（L 为散热器的长度，b 为两肋片的间距）；ψ2─── 描写散热器h/b 对α的影响，（h 为散热器肋片的高度）；ψ3─── 描写散热器宽度尺寸W 增加时对α的影响；√√ [(Tf-Ta)／20]───描写散热器表面最高温度对周围环境的温升对α的影响；以上参数可以查表得到。
计算两肋片间的表面所散的功率q0q0 =α×ΔTfa×（2h+b）×L根据单面带肋或双面带肋散热器的肋片数n,计算散热功率Pc′单面肋片：Pc′＝nq0双面肋片：Pc′＝2nq0若Pc′ ＞Pc 时则能满足要求。
LED灯珠散热计算方法及公式课件
AlInGaP类LED光输出与结温关系图 相 对 光 输 出
红色 橙红色 黄色
InGaN类LED光输出与结温关系图 相 对 光 输 出
绿色 蓝绿色 蓝色 白色 深蓝色
Tj（℃） 2018/10/26
Tj（℃） 4
②光通量与环境温度的关系
相 对 光 通 量
橙红色 黄色
Ta（℃）
•Ta=100℃时，LED的光通量将下降至室温时的一半左右。
•输入的电能中（约85%）因无效复合而产生的热量； •来自工作环境的热量。
2. LED的热工模型
•LED芯片很微小，其热容可忽略； •输入电能中大部分（约85%）转化为热量，一般计 算中忽略转化为光的部分能量（约15%），假设所有 的电能都转变成了热； •在LED工作热平衡后，
Tj= Ta+RthjaPd
2018/10/26 8
(6)热对LED电通道（欧姆接触/固晶界面）的影响
•引致封装物质的膨胀或收缩； •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。
环氧树脂热膨胀系数随温度变化曲线
2018/10/26
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(7)热对LED寿命的影响
不同温度下AlInGaP Power LED老化测试结果
白光LED色温—结温飘移曲线
CCT (K)
白色
Tj（℃）
2018/10/26
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(3)正向压降Vf结温Tj的关系 Vf（Tj2）= Vf（Tj1）+kΔ Tj
k=Δ Vf/Δ Tj ：正向压降随结温变化的系数，通常取-2.0mV/℃.
2018/10/26
7(4Leabharlann 热对发光效率η v的影响η v= Фv Pd = Фv If ·Vf
LED散热计算公式
LED散热自动计算公式
环境温度----------------------------------TA(℃)25
LED管芯传导到散热垫底面的热阻值-------RJC(℃/W)16
LED正向工作电压 VF值----------------------VF(V) 3.97
LED正向工作电流 IF值----------------------IF(A)0.5
散热片底部温度----------------------------TC(°C)71
结温--------------------------------------TJ(℃)103℃
从PCB传导到环境空气的热阻值------------RBA(℃/W)23℃
从管芯的结温TJ传导到空气TA的总热阻值----RJA(℃/W)39℃
总结:若计算出来的TJ比设计要求的TJmax大得多，而且在结构上又不允许增加
型材上（或铝板冲压件上）,或粘在散热片上.这两种方法是在多个大功率LED的灯具设计中常用的。
例如中，在计算出TJ=103℃的PCB背后粘贴一个10℃/W的散热片，其TJ降到80℃左右。
计算公式
温度计
LED资料中有
LED资料中有
LED资料中有
标准范围值 20-80℃
越小越好
越小越好
许增加面积时，可考虑将PCB背面粘在"∪"形的铝个大功率LED的灯具设计中常用的。
例如，上述计算举例J降到80℃左右。
10LED灯具算热详细计算
吸顶式10LED灯具的LED散热计算吸顶式10LED灯具原采用白炽灯为光源，因其光源寿命短，抗振性能差，灯具维护频繁，维护成本高。
为了改善以上的问题，现采用的1W LED做为光源进行改善，从而达到免维护的效果。
因为船上的空间狭小，为了使LED10LED灯具在舰船上得到很好的应用，需将其灯具高度尺寸控制到最小，所以需对LED 光源进行散热设计。
散热方案：将LED光学模块通过辐射和对流的方式对外散热。
具体方案是，将10个1W的LED光源用回流焊方式焊接到圆形铝基板上，再将铝基板用螺钉固定到散热壳体上，保证了从热源(LED)到散热壳体之间的最短传热途径，从而也降低了灯具内部传热过程中的热阻。
LED光源散热计算：LED的散热模型如下图所示因LED光源用回流焊接到铝基板上，而该铝基板与黄铜壳体（散热器）通过螺钉紧固而连接。
热量通过传导方式从LED 接合点流经铝基板，到达黄铜壳体（散热器），壳体再通过对流方式及辐射方式将热量散发到外部环境中去。
在大多数LED 应用中，与LED 接合点和散热壳体之间，以及散热壳体到外界环境之间相比，LED和铝基板及铝基板与散热壳体之间的接触热阻还是相对较小的。
LED,其功率采用1W，查规格得知，从接合点到焊接点(Rth j-sp) 的热阻值为11°C/W，最高接合点温度为120°C。
外部环境取实验室高温温度40+/-3°C中的温度43°C,要求的品质保证温度20°C.在LED 焊接点和散热片间的热阻值Rth sp-h 取决于包括表面抛光度、平整度、所施加的安装应力、接触面积以及接口材料类型及其厚度在内的多种因素。
如果有好的设计，那么它可以最低降至小于1°C/W。
Tj = Ta + Ptotal (Rth j-sp + Rth sp-h + Rth h-a)+20 Rth h-a = (Tj- Ta-20 - Ptotal Rth j-sp- Ptotal Rth sp-h)/ Ptotal=(120-43-20 -0.96*11-0.96*1)/0.96=45.48°C/WRth h-a =1/ (hf *Af) 其中hf是自然冷却系数，取值范围5-16，按最差状态取5，Af是散热表面积所以Af=1/(45.48*5)=0.004398m2=4398mm2，所需总面积为10*4398=43980mm2测得3D表面积75100mm2，大于43980mm2，符合散热要求。
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当LED的电流小于150mA是为小功率的LED(又叫LED).当流过LED 的电流大于150mA时称为功率LED(HBLED). 也可以考虑热管导热,有液态单相和液态/气态两相。如果功率 大了，这种就一定要用。CPU散热现在已经开始使用了。LED散 热也偶然见到有人用。 摘要：考虑热导率与散热方式的影响，使用大型有限元软件ANSYSl0.0 模拟并分析了大功率LED热分布。通过分析不同封装、热沉材料及散热 方式对LED热分布与最大散热能力的影响，指出解决LED散热问题的关键 不是寻找高热导率的材料，而是改变LED的散热结构或者散热方式。 1 引言 目前，很多功率型LED的驱动电流达到70 mA、100 mA甚至1 A，这 将会引起芯片内部热量*，导致发光波长漂移、出光效率下降、荧光粉 加速老化以及使用寿命缩短等一系列问题。业内已经对大功率LED的散 热问题作出了很多的努力：通过对芯片外延结构优化设计，使用表面粗 化技术等提高芯片内外量子效率，减少无辐射复合产生的晶格振荡，从 根本上减少散热组件负荷；通过优化封装结构、材料，选择以铝基为主 的金属芯印刷电路板(MCPCB)，使用陶瓷、复合金属基板等方法，加快 热量从外延层向散热基板散发。多数厂家还建议在高性能要求场合中使 用散热片，依靠强对流散热等方法促进大功率LED散热。尽管如此，单 个LED产品目前也仅处于1～10 W级的水平，散热能力仍亟待提高。相当 多的研究将精力集中于寻找高热导率热沉与封装材料，然而当LED功率 达到lO W以上时，这种关注遇到了相当大的阻力。即使施加了风冷强对 流方式，牺牲了成本优势，也未能获得令人满意的变化。 讨论在现有结构、LED封装及热沉材料热导率等因素变化对于其最 大功率的影响，寻找影响LED散热的关键因素。研究方法为有限元热分 析法．该方法已有实验验证了LED有限元模型与其真实器件之间的差 别，证明其在误差许可范围内是准确可行的。 2 建立模型 2．1 有限元热分析理论 三维直角坐标系中的瞬态温度场场变量T(x，y，z，t)满足：
LED工作状态：IF=500mA、VF = 3.97V。 用K型热电偶点温度计测TC，TC=71℃。测试时 环境温度TA = 25℃. 1.TJ计算 TJ=RJC×PD+TC=RJC（IF×VF）+TC TJ=16℃/W（500mA×3.97V） +71℃=103℃ 2.RBA计算 RJA=（TC－TA）/PD =（71℃－25℃）/1.99W =23.1℃/W 3.RJA计算 RJA=RJC+RBA =16℃/W+23.1℃/W =39.1℃/W 如果设计的TJmax=90℃，则按上述条件计算出来 的TJ不能满足设计要求，需要改换散热更好的PCB 或增大散热面积，并再一次试验及计算，直到满足 TJ≤TJmax为止。 另外一种方法是，在采用的LED的RJC值太大 时，若更换新型同类产品RJC=9℃/W(IF=500mA时 VF=3.65V)，其他条件不变，TJ计算为：
度值，当此处温度高于该值时就降低电流。缺点是灯光会暗一 些,但是影响不打，故该办法还是可行的 温度保护是必须的，产品不但需要同时也是对客户的负责。那 多少温度保护才合适呢？计算下吧。最高环境温度，夏天 40℃，在夏日光暴晒50℃，50℃环境温度是实际的，参见一般 大功率LED规格书结温度在120℃是可以承受的，芯片到铝基板 的热阻，规格书一般推荐10-15℃，那LED基板要保证在12015=105℃。好，保留温差取50--105℃中间值77.5℃，一般电子 元器件工作温度在85℃是可靠的，77℃是符合这个原则的。建 议77℃开始启动保护，85℃前大幅度的减低电流，90℃彻底完 成产品温度保护功能。 一个值得回味的问题：为何不在温度还没有升起来的时候就控 制一个较小的电流？这样使用户也不会觉得不适，同时温度又 不会升得很快，甚至不会达到过高的温度。 我觉得降低电流来减少发热，同时又不降低亮度是不现实的。 这样就有了1W和3W大功率LED灯珠共体这种做法。也就是所在大 功率温度升到一定的高的时候把大功率从3W降到1W那样就不会 让温度继续上升，有效控制了大功率LED的温度问题。 总的来说：1.提高其发光效率。现现高功率LED已达到5070LM/W，发展的方向将达到140lm/W以致更高。可以想象这将对 热量问题从根本上改善。 2.加强散热。这是目前情况下有效的 解决手段。 我现在自已用的一个LED灯，用在床头照明用。不过不是高功率 型的。是自已用白光LED做的。一开始电流太大，总烧灯仔。增 加散热孔效果不很理想。计算后发现其电流达到56mA(分两路， 每路约28mA)。后来重新计算了电流，更改元件，控制电流到 15mA左右，热量有很大改观。当然亮度也不一样。 我见过的方案是大功率路灯使用的，主要是使用铝基板，铜基 板经济性差一点，不过可以增加铜导热管。 还有加风扇的，虽然风扇的寿命差一点，不过总比换LED划算， 而且有两台风扇，采用温度保护，超温后逐渐开启2台风扇，然 后还可以再在超温的同时关闭部分LED，以降低总功率，实际上 和降低电流效果类似。 所谓大功率LED只是相对于以前的LED而言，实际功率并不是很 大，一般只有1~2W。在多的都是芯片叠加出来的，现在很多公 司都在推出这种LED，你只要在电子工程专辑的网站上搜索一下 LED，你会发现最近新推出的LED大都是大功率LED。
TJ=9℃/W（500mA×3.65V）+71℃
=87.4℃
上式计算中71℃有一些误差，应焊上新的9℃/W 的LED重新测TC（测出的值比71℃略小）。这对 计算影响不大。采用了9℃/W的LED后不用改变 PCB材质及面积，其TJ符合设计的要求。
PCB背面加散热片
若计算出来的TJ比设计要求的TJmax大得多，而 且在结构上又不允许增加面积时，可考虑将PCB背 面粘在"∪"形的铝型材上（或铝板冲压件上），或 粘在散热片上，如图10所示。这两种方法是在多个 大功率LED的灯具设计中常用的。例如，上述计算 举例中，在计算出TJ=103℃的PCB背后粘贴一个 10℃/W的散热片，其TJ降到8小的大功率 LED，使满足计算出来的TJ≤TJmax。这一点在计 算举例中说明。
各种不同的PCB 目前应用与大功率LED作散热的PCB有三种：普 通双面敷铜板（FR4）、铝合金基敷铜板 （MCPCB）、柔性薄膜PCB用胶粘在铝合金板上 的PCB。 MCPCB的结构如图7所示。各层的厚度尺寸如表3 所示。 其散热效果与铜层及金属层厚如度尺寸及绝缘介 质的导热性有关。一般采用35μm铜层及1.5mm铝 合金的MCPCB。 柔*PCB粘在铝合金板上的结构如图8所示。一般 采用的各层厚度尺寸如表4所示。1～3W星状LED 采用此结构。 采用高导热性介质的MCPCB有最好的散热性能， 但价格较贵。 计算举例 这里采用了NICHIA公司的测量TC的实例中取部分 数据作为计算举例。已知条件如下： LED：3W白光LED、型号MCCW022、 RJC=16℃/W。K型热电偶点温度计测量头焊在散 热垫上。 PCB试验板：双层敷铜板（40×40mm）、 t=1.6mm、焊接面铜层面积1180mm2背面铜层面 积1600mm2。
管芯的热量通过散热垫传到外面去。 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。
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。
这里要说明的是，上述TC是在室温条件下测得的 （室温一般15～30℃）。若LED灯使用的环境温度 TA大于室温时，则实际的TJ要比在室温测量后计 算的TJ要高，所以在设计时要考虑这个因素。若测 试时在恒温箱中进行，其温度调到使用时最高环境 温度，为最佳。
再谈大功率散热问题的解决
大功率LED灯是否能正常工作,灯珠的质量好坏,与大功率LED的 散热有直接关系.现在大功率LED灯散热都是采用自然散热.效果 并不理想. LED大功率灯由LED;散热结构;驱动器;透镜组成. 散 热部分是一个很重要的部分. 散热的好坏直接影响大功率LED灯 的使用寿命和条件。 1.关于金属散热基板，目前有铝基板和铜基板，作为专业制造 的金属基板的厂家，建议大家采用性价比高的铝基板。铜基板 与铝基板的价格相差很多，铜基板在热的传导性方面是比铝要 好，但成本与重量比铝高得多了,建议用铝基板。再则现在有些 大功率LED厂家在大功率LED灯具上加一温控开关，并设定其温
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) RBA=(TC－TA)/PD (4) 在散热计算中，当选择了大功率LED后，从数据 资料中可找到其RJC值；当确定LED的正向电流IF 后，根据LED的VF可计算出PD；若已测出TC的温 度，则按（3）式可求出TJ来。 在测TC前，先要做一个实验板（选择某种PCB、 确定一定的面积）、焊上LED、输入IF电流，等稳 定后，用K型热电偶点温度计测LED的散热垫温度 TC。 在（4）式中，TC及TA可以测出，PD可以求出， 则RBA值可以计算出来。 若计算出TJ来，代入（1）式可求出RJA。 这种通过试验、计算出TJ方法是基于用某种PCB 及一定散热面积。如果计算出来的TJ小于要求（或 等于）TJmax，则可认为选择的PCB及面积合适； 若计算来的TJ大于要求的TJmax，则要更换散热性 能更好的PCB，或者增加PCB的散热面积。 另外，若选择的LED的RJC值太大，在设计上也
：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。