实现可靠SSL的关键因素 热设计与测试

与向外辐射热量的白炽灯不同，LED产生的热量必须以传导的方式从这些半导体器件散播出去。如果没有合适的热管理，LED光能输出会减少，主波长和峰值波长则会增加，而色温也会发生变化。对于确保固态照明（SSL）灯具的功效和平均寿命而言，解决这些热学难题至关重要。

 

　　温度效应

 

　　如果对热设计进行适当注意，LED的寿命可以远远超过5万小时（见图1）。不过，除了缩短工作寿命之外，温度的升高还会降低LED的性能。随着温度的升高，相对光通量（光输出）会减少（见图2）。对于某些LED而言，当外壳温度达到130℃时，根据色温额定值的不同，输出将减少80%或更多。

 

　　

　　图1 随着电流的增大，需要更低的结点温度才能实现更长的工作寿命

　　

　　图2 随着热衬垫（外壳）温度的增加，光的相对输出量会降低

 

　　LED的临界温度——结温——于封装的深处测得，远离芯片的表面。因为结温不容易进行测量，所以通常都是读取封装（或外壳）温度，然后计算得到实际的结温。对于某些LED而言，最高结温可高达150℃，而正常的工作外壳温度则在-40～135℃之间。每家LED制造商都会确定各自的LED最高结温，对于新推出的器件，这个数值在不断增加。

 

　　测量和管理

 

　　在美国能源部所发布的《LED照明器具可靠性报告》中，作者指出，LED照明器具的寿命并不等同于所估计的LED寿命。因此，他们强调，需要理解温度的测量方式以及其对系统预期寿命的影响。集中定位的温度传感器不足以监测、探测和保护多重LED设计。

　　美国电气制造商协会标准《用于照明器具的固态照明配件接口的推荐标准》中的“NEMA LSD 45-2009”提供了用于LED温度测试点的详细推荐方案。采用摆放位置合适的温度传感器，就可以通过增加的电路来测量、监测和控制温度。增加的电路会增大SSL设计的复杂程度，但同时也会提高照明器具的性能、可靠性和寿命。

　　尽管热管理对于SSL电子部分至关重要，但热设计却是影响灯具美观的重要因素之一。照明器具设计者所面临的挑战就是使铝外壳给人以美感。热管理和散热器结合起来，确保了高性能和长期可靠性，使得SSL成为高能源效率照明的理想技术。

　　热测试是SSL灯具设计的一项重要因素。需要令人满意地回答与热性能有关的几个问题，其中包括：

　　● 热设计足以确保灯源的功效吗？

　　● 需要散热器，或者照明器具结构确保了足够的散热吗？

　　● 热设计考虑到最坏的情况吗？

　　要回答这些问题，需要进行详尽的热分析，并且可能需要多次迭代，以优化最终设计。这可能非常耗费时间，特别是在需要利用外包测试服务时。