LED电压与结温关系的测量与应用问题 本文的目的不是搞纯理论研究，是从实际应用出发，来为大家讲解可行的方法。LED照明的PN结电压与温度的关系是负函数，即温度升高，PN结电压降低。这在理论上和实测中都是正确的。根据晶体管原理，可以得到LED照明二极管的正向电流与电压的关系为： I=C ·exp[(qV－Eg)/kT] （1） 对（1）式进行变换，可以得到：V＝T·k（lnC·I+Eg）/q （2） 式中：C＝Aq Lp NcNv /τp ND从（2）可以看到，二极管的正向电压和温度是线性关系，但是和电流是对数关系。根据公式（2），我们可以在固定的电流下，通过测试不同正向电压来确定PN结的温度。但是在应用这一原理时，要注意条件，就是这种电压与结温的关系是和电流相关的，由于电压与电流的非线性关系，一个电流值对应的电压－结温关系，不能代表另一个电流值的电压－结温关系。根据指数规律，通常在变量较小时，变量与函数的非线性状况非常严重，而当变量较大时，变量与函数的关系比较接近线性。因此，在利用结温与电压的关系进行实际测量应用时，一定要注意这个问题。但是在理论讨论时，通常讲PN结都是指的理想结。在理想结中是不考虑其体电阻的。在实际器件中，不仅PN结区域内存在电阻，在LED照明材料体区内也存在电阻，在LED照明材料与外电极接触面存在电阻，电极材料存在电阻，电极材料与外引线接触存在电阻，外引线存在电阻，等等，实际上存在着很多电阻。这些电阻的电压温度特性则是正函数的。在实际测量一个LED的VF时，这个VF不仅是PN结的势垒电压EPN，而且还包括了上述各种电阻上的电压。这样就对实际的电压－温度函数关系带来了影响。造成理想的电压－温度关系和实际的电压－温度关系会存在很大的偏差。不重视这种偏差会导致错误的结论。通常在测试LED的电压－温度关系时，都是在静态恒温后，再给LED供入一个瞬态的小电流，并在极短的时间内读取电压值【1】。这种方法的目的是要排除电流在电阻上的压降。但是小电流下的测试结果，不能反映LED在正常大电流时的电压－温度关系。在较大电流下，寄生电阻的作用是不能忽略的。电流越大、温度越高，寄生电阻上的电压降影响越大。并且寄生电阻上的电压是温度的正函数关系，寄生电阻上的电压随温度的升高将会明显抵消PN结的电压降低。在比较小的电流下，寄生电阻上的压降跟PN结的电压相比或许可以忽略，但在比较大的电流下，就不能忽略了。这样，小电流下测得的电压温度系数将不适用于大电流状况。对于350mA的LED，芯片在封装后，VF相比芯片一般要提高0.1V或更高，封装带来的寄生电阻约是0.3Ω。在10mA的电流下，寄生电阻上的电压是0.003V。通常LED的电压随温度的变化都是每度毫伏级的，那么我们可以看到，10mA和350mA工作，产生热量的影响是完全不同的。而这还只是封装材料（金线电阻、焊点电阻、银胶电阻、支架体电阻等）的电阻影响，芯片的体材料还有电阻，在不同电流下，它们的电压降也是不同的。LED实际工作时的电流是多少，我们要测试实际工作的结温，必须用它实际工作时的电流来测量。实际上，即使有寄生电阻的存在，我们还是可以利用LED总的外部电压（比如封装的两个电极之间的电压）来标定电压温度系数。假设，所有的寄生电阻在某个电流I下的电压总和是Vr，考虑它在LED的正常允许温度范围内基本不随温度变化。我们将LED在温度T1下恒温，然后通入恒定的工作电流，用灵敏度高的电压表读取瞬间的电压。对于数字式万用表，通常可读取最高读数（它的实际显示反应速度可以避开电路接通瞬间的高电压脉冲——这个问题后面会谈到）。再将LED在温度T2下恒温后，通入相同的电流，读取第二个电压。这两个电压分别是VF1和VF2，根据公式（2），可以得到：VF1＝Vr＋VPN（T1） （3）VF2＝Vr＋VPN（T2） （4）（3）－（4）得到VF1－VF2＝VPN（T1）－VPN（T2） （5）也即：VF1－VF2＝（T1－T2）（k（lnC·I+Eg）/q） （6）令ΔV＝VF1－VF2，ΔT＝T1－T2，就可得到：ΔV/ΔT＝k（lnC·I+Eg）/q＝常数 （7）显然，电压随温度的变化率是随电流变化的，当电流固定是，它是一个常数。公式（7）只不过是公式（2）的应用，就是我们实际测量结温时的理论基础。当然了，在较大电流下测量，不可避免会有大电流产生温度变化的影响，这种影响的程度，取决与如下几个因素：（a）电源的电压调整时间。恒流源在开路时，它的端电压是很高的，并不是LED所需要的电压值。在恒流源接到LED上的瞬间，实际是一个瞬间高压接到LED上，并产生一个远超需要电流值的大电流脉冲，之后电源内部调整才达到需要的电流值。从电源的原理和实际上都是如此，这一点用示波器就可以观察到。（b）电压表的测量反应时间。电压表的测试转换及显示时间长短，将影响测试结果，反应慢，读数不能真实反映具体温度对应的电压值。上述影响的问题，对于做理论研究的人，是要很好地考虑的。但对于日常应用方面，以现有的常规数字万用表来看，反应速度问题基本不是问题，即使存在一点反应速度问题，似乎还歪打正着地可以避开电源接入瞬间的高电压脉冲。对实际应用来讲，在接入电源和读到电压值之间的时间段，LED产生热量的影响，可以忽略。即使有温度误差，一般也就在几度，LED的热沉足够大的话，也就2～3度以下，这对实际应用来讲，可以不计其影响。