瞬态冷却LED

　　先前的讨论是假设在稳定状态，即LED永久地通电并且散热器将热能连续地耗散到周围空气中。这种热模型在两种情况下会出现故障。一种是在接通LED时，更通常地是在脉冲操作中。令人惊讶的是，可以设计一条热路径，在连续工作时保持LED冷却，但是在接通时会过热。当这样操作时，相关联的热偏移可能让LED突然出现故障，类似于钨丝灯丝开启时突然断裂一样。因此，LED的热解决方案设计需要考虑瞬态操作，并且包括时间和空间变量。

　　时间依赖

　　瞬态冷却的时间分量是由于热路径中材料的比热容量而产生的。这可以作为电容器添加到热电阻的电气模型中(图4)。热容量是指材料受热(或冷却)时吸收(或放出)热量的性质。热容量的大小用比热容(简称比热)表示。　　

　　图4. 热传导的时间依赖是由于系统中材料的热容量而导致的，电等效模型是RC低通滤波器。

　　电气模型类比意味着热阻抗有时用于描述材料的时间相关的热性质。请注意，这时要注意区分，因为热阻抗也可以用来描述整个系统的静态热阻。

　　空间依赖

　　瞬态冷却的空间分量源于热量往哪个方向扩散多一些。比如，一个安装在大的薄金属板上的LED。最初，整个板处于环境温度。LED作为点热源。在接通时，LED会产生热量，通过传导将热量传递到板中。热量快速通过金属板，提高了LED下方区域的温度。因此，最先的时候，金属板的一小部分是来冷却LED的。金属板的导电性意味着LED的一些热量会在板内横向扩展，最终出现在表面上(图5所示)。因此，参与冷却LED的金属板的体积会随时间而增加，导致热阻和热容量出现明显改变。　　

　　图5. 一个热体在薄金属板上，这种简单的有限元热模型通过参与冷却的板材体积的变化表现空间依赖性。这些模型的计算按照从左上到右下时间增加来进行的。

　　当路径中存在高热阻的界面或层时，空间依赖特别重要。通过采取措施就将热量散布在该屏障之前最大的可能区域，这样在稳态和脉冲操作中，LED可以达到更好的冷却。

　　对流和辐射

　　高于环境温度的任何材料都会通过对流和辐射而失去热量。虽然这些是钨丝灯冷却的主要机制，但它们在LED的热管理中起着很小的作用。但是，应该将对流和辐射包括在任何模式中，目的是确保最接近现实情况。

　　总之，LED必须被冷却，以达到最佳的效率并确保其光输出的稳定和寿命。可以使用基于电气部件的模型来构造简单的热传导稳态模型。但是，为了正确理解热路径，特别是在瞬态条件下的反应，最好使用可以适应时间、空间和温度变化的工具。

　　热传导的时间和空间依赖性解释了为什么在材料选择方面存在层次结构。高比热容或热导率会随着材料在热路径中的位置和LED预期的操作模式而改变。