操作高于制造商建議的最高溫度的LED會降低設備的效率和光輸出，并可能導致過早失效。 LED的熱點定義為形成二極管的p型和n型半導體之間的結。本文使用示例照明應用程序來說明如何計算LED的結溫并確定它是否可能超過指定的上限。

計算LED結溫

LED通過重新組合LED結點處或附近的電荷載流子（電子和空穴）將電能轉換為光（圖1）。不幸的是，即使LED相對有效，所消耗的電能的大約65％至75％仍然產生熱量而不是光，從而提高了芯片的溫度。

圖1：電荷載體在LED的連接處結合，產生一些光和大量的熱量。但是，高亮度LED有多熱？讓我們看看如何使用簡單的計算確定結溫。

給定功率輸入達到的最高結溫（T j ）取決于三個因素：環境溫度，LED結與其周圍環境之間的熱阻以及芯片消耗的功率。1

為了便于計算，我們假設環境溫度（T a ）為23攝氏度（°C）。 （請注意，全面的設計計算應考慮LED在正常工作中將遇到的最高環境溫度的最壞情況。）較低的環境溫度會降低結溫并延長LED的使用壽命。這使得LED照明成為某些應用的理想選擇，例如冷藏食品展示柜。

熱阻（R th ）定義為每單位功耗（°C/W）的元件溫度升高。它是導熱系數的倒數。金屬通常具有低熱阻并且形成有效的散熱器，而空氣，塑料和木材是不良的熱導體并且制造有效的絕緣體。

LED照明組件的簡化模型可以是兩個串聯元件，總熱阻是每個元件的總和。第一個元件是從封裝（j）到支撐襯底上的焊點（sp）的LED封裝（R th j-sp ）。第二個元素是焊點和發光組件外部之間的熱阻的組合（即環境（a））（R th sp-a ）。圖2顯示了這種安排的示意圖。

圖2：簡單LED照明組件的熱阻模型。 （禮貌：Cree）

LED結與環境之間的熱阻（R th ja ）是這些電阻的總和：

電源LED消耗（P d ）通過將LED的正向電壓（V f ）乘以其正向電流（I f ）來確定。

我們現在可以編寫任何給定LED的結溫公式：

一個示例計算

LED結點有多熱？讓我們將一些典型的值放入我們的等式中并找出答案。

首先，假設驅動器電路遠離LED，因此其熱量輸出不會影響芯片。 （這是LED制造商推薦的最佳做法。）第二，讓我們使用Cree XM-L Easy White LED作為光源的基礎。根據產品數據手冊，正向電流為350 mA，典型正向電壓為5.6 V.結點到焊點的熱阻（R th j-sp ）在數據手冊中給出為2.5°C/W.

第三，我們需要記住，照明燈具包括幾個靠近的LED，以產生足夠的光輸出。通常，六到十個器件組合形成實際上是“大芯片”的器件，雖然具有多個結，但消耗的功率是單個器件的幾倍。例如，我們將考慮一個帶有六個LED的照明裝置，總功耗為11.76 W.此外，由于構成照明裝置的設備連接到一個焊點，它們的熱阻作用于平行。因此，該示例中的LED組的總熱阻為R th j-sp /6。然后總熱阻變為：

R th sp-a 的值取決于許多因素，例如焊盤的平整度和表面光潔度其中LED連接到基板，基板本身以及組件外殼的特性。對于使用標準電子和工業材料的照明組件，并且無視任何熱管理技術，R th sp-a 通常在15至25°C/W的范圍內。對于我們的例子，讓我們采用20°C/W的中間值。

使用這些值，結溫的計算變為：

Cree指定XM-L Easy White LED的最高結溫為150°C。因此，LED將在此配置中過熱，應考慮其他配置。

降低結溫

大功率LED制造商，如歐司朗，建議在焊點和環境溫度之間使用散熱片，以降低結溫。圖3顯示了一個帶有集成散熱器的LED照明燈具。

圖3：歐司朗的這款LED燈組件包括一個集成的散熱器。 （禮貌：歐司朗）

通過重新排列上面的公式（1），我們可以計算焊點到環境熱阻（R th sp-a ）的大小，使得結溫是保持在制造商規定的最高溫度。

使用散熱片將組件的熱阻降低約10.5°C/W，使照明組件的總熱阻為10.8°C/W，使配置有六個LED可在安全范圍內運行。即使是最基本的散熱器也能夠應對這種配置。更復雜的設備可以使LED保持更冷，延長其使用壽命并使設備在更高的環境溫度下運行。