LED模组热功率负荷等特性及散热考量研究

　　相较于白炽灯和卤素灯这种灯丝发光形式而言，LED最大的一个特点就在於它相对低温的发光形式。不过LED还是会在半导体结构中产生热量，因此，系统的设计必须考量如何能够顺利的将热量散出模组内。在正常操作中，白色LED产生的废热会损坏LED和荧光涂层，并且转换LED固有的蓝色涂层成为白色，而避免的方式则是将废热适当的远离光源。

　　一个灯具的散热设计应特别针对连续性的操作，且对LED无热损伤，往往需要好几倍的距离来远离温度敏感的电子产品。这相较於需要个别更换LED的灯泡提供了一个重要的优势。

　　测试点的温度

　　测试点温度（Tc）的最大特点在於灯具的设计要求下，是作为计算散热量或冷却量的最重要因素。一般情况下，较高的Tc限制相比於环境温度Ta（最坏情况下），灯具制造商在设计或选择冷却方式有更多的灵活性。

　　最坏情况的环境温度通常为40℃或更高，因此一个模组若具有低Tc（例如，65℃）的话，便没有什麽可以上升的容许空间了。而当Ta是40℃且消耗功率是40W时，试图使用一个被动散热片来让模组维持在Tc是65℃的情况下是非常困难的。因此需要安装风扇或其他主动型散热器。另一方面而言，当一个模组Tc是90℃或更高时（同时仍然满足流明度及基本规格）就有超过环境温度至少50℃的容许上升空间，便能够利用适合大小的被动散热片。

　　然而，LED模组内的测试点温度设定的越高，便可以使用更小的散热片。这是取决於Ta – 不论散热片的尺寸或效率如何，如果模组不能承受足够高的最高温度，是不可能冷却到低於Ta的，除非它具有一个冷却系统。尽可能延伸Tc与Ta之间的差异便可以在散热器的选择上有更大的调整空间。

　　从荧光体到位於其中的散热片，Xicato公司正研发一种技术来降低荧光体与散热片之间的差异性，进而无需冷却LED的热。直至今日，模组输出可达到4000流明的表现，这在五年前几乎是不可能达成的。

　　测试点温度的下限考量，是真正的有弹性和成本考量的。假设在相同的功耗条件下，选择一个具有高Tc的模组，会比低Tc的模组，拥有更多的设计选择和成本的节约。

　　热功率负荷

　　热功率负荷是另一个关键的特性，而热功率负荷一直是相当难以计量的。 LED模组制造商并不总是提供所需的讯息来计算热功率，因为这个值很可能因为流明的封装、显色指数（CR1），相关色温（CCT）等变量而因此改变。冷却解决方案往往是在每瓦摄氏几度下的额定表现，不幸的是，需要计算热功率。

　　为了解决这个问题，Xicato公司开发了一个分类系统：每个模组的变化通过评估後分配至一个热分类。有了这个系统，可更简单的引用模组散热片数据矩阵表来找到适合的冷却解决方案。图一是Xicato公司的XSM模组被动散热片热分类矩阵。

　　图一：Xicato公司的XSM模组系列样品，被动散热片矩阵显示合适的模组热分类。