大功率LED之所以需要控制热量，就是为了让它持续发光。这是因为，LED会把大部分输入电能变成热量，要是结温每升高1℃，寿命就会损失1%。当几十个甚至上百个芯片排列在一起时，热量要是散不出去，PN结就会像被烤焦的饼干一样，光衰和死灯就会很快出现。所以说，散热是大功率LED的关键，不能忽视。 我们先来看一下LED发热的原因。PN结是LED发光的地方，材料如GaN和GaAs在正向电压下，电子和空穴在这里复合，产生光子的同时也会释放出热能。换句话说，发光和发热是紧密联系在一起的。 再来看一下大功率LED矩阵中的情况。单颗1W的芯片热流密度已经达到106 W/m²，如果有十个芯片并排排列，热量就是十倍。如果导热路径被封装胶、环氧树脂和空气层层阻挡，热量只能在原地打转，结温会迅速升高。 现在介绍五种主要的散热技术。风冷是最经济的方法，但受限于效率低，适用于功率小于10W的情况。强迫对流是使用小风扇来加快空气流动速度，但噪音和风速成反比关系。水冷通过去离子水循环带走热量，适合功率在30W以上的场景。热管利用相变原理进行传热，体积较大且成本高。热电利用Peltier效应把热量从热端移到冷端。热声通过声波进行传热。 接下来是影响散热效果的两个关键指标：PN结温和热阻。PN结温是光衰开始的起点，材料电阻、电极结构等因素会增加额外的热阻。光电转换效率下降1%会导致结温上升3-5℃。透明封装胶决定了热量出口的大小，导热率要大于等于3 W/(m·K)才合格。热阻是热量逃逸的阻碍，内部和外部的热阻越小越好。 然后我们来看看如何把散热设计进流程中。首先要算好预算：根据器件手册给出的结温上限反推允许的热阻，并留出系统余量。然后选择合适的材料：导热系数大于等于5 W/(m·K)，并且与芯片匹配。最后进行CFD模拟来验证流场效果。 总之，大功率LED寿命和结温有关。降低结温10℃可以延长寿命一倍以上。风冷、水冷、热管、热电和热声各有特点，没有单一解决方案。只有在合适场景下选择合适技术才能达到最佳效果。 给LED设计时要考虑到这些因素，才能让每一分热量都有出路。这样才能保证光衰和死灯问题不会出现，维护成本也会降低，LED才能真正成为高效长寿命照明基础设施。