LED燈光衰技術(shù)

在科技高度發(fā)展的今天，電子產(chǎn)品的更新?lián)Q代越來(lái)越快，LED燈的技術(shù)也在不斷發(fā)展，為我們的城市裝飾得五顏六色。光衰這個(gè)LED行業(yè)老生常談的問(wèn)題，筆者一直在想怎么能很直觀的告訴你們光衰和LED燈珠壽命的的關(guān)系呢?最后找到了一個(gè)比較好的方法，就是看圖說(shuō)話。提前說(shuō)下減少光衰的方法就是散熱，散熱，散熱......重要的事情多說(shuō)幾遍。

下面是cree公司的光衰曲線圖：

從圖中可以看出，LED的光衰是和它的結(jié)溫有關(guān)，所謂結(jié)溫就是半導(dǎo)體PN結(jié)的溫度，結(jié)溫越高越早出現(xiàn)光衰，也就是壽命越短。從圖上可以看出，假如結(jié)溫為105度，亮度降至70%的壽命只有一萬(wàn)多小時(shí)，95度就有2萬(wàn)小時(shí)，而結(jié)溫降低到75度，壽命就有5萬(wàn)小時(shí)，65度時(shí)更可以延長(zhǎng)至9萬(wàn)小時(shí)。所以延長(zhǎng)壽命的關(guān)鍵就是要降低結(jié)溫，不過(guò)這些數(shù)據(jù)只適合于Cree的LED，并不適合于其他公司的LED。

如何才能延長(zhǎng)LED的壽命

所以我們買LED燈具(所有的不特指LED射燈)的時(shí)候，一定要看它的散熱設(shè)計(jì)好不好。由圖中可以得出結(jié)論，要延長(zhǎng)其壽命的關(guān)鍵是要降低其結(jié)溫。而降低結(jié)溫的關(guān)鍵就是要有好的散熱器，能夠及時(shí)地把LED產(chǎn)生的熱散發(fā)出去。

在這里我們不準(zhǔn)備討論如何設(shè)計(jì)散熱器的問(wèn)題，而是要討論哪一個(gè)散熱器的散熱效果相對(duì)比較好的問(wèn)題。實(shí)際上，這是一個(gè)結(jié)溫的測(cè)量問(wèn)題，假如我們能夠測(cè)量任何一種散熱器所能達(dá)到的結(jié)溫，那么不但可以比較各種散熱器的散熱效果，而且還能知道采用這種散熱器以后所能實(shí)現(xiàn)的LED壽命。

如何測(cè)量結(jié)溫

結(jié)溫看上去是一個(gè)溫度測(cè)量問(wèn)題，可是要測(cè)量的結(jié)溫在LED的內(nèi)部，總不能拿一個(gè)溫度計(jì)或熱電偶放進(jìn)PN結(jié)來(lái)測(cè)量它的溫度。當(dāng)然它的外殼溫度還是可以用熱電偶測(cè)量的，然后根據(jù)給出的熱阻Rjc(結(jié)到外殼)，可以推算出它的結(jié)溫。

但是在安裝好散熱器以后，問(wèn)題就又變得復(fù)雜起來(lái)了。因?yàn)橥ǔED是焊接到鋁基板，而鋁基板又安裝到散熱器上，假如只能測(cè)量散熱器外殼的溫度，那么要推算結(jié)溫就必須知道很多熱阻的值。包括Rjc(結(jié)到外殼)，Rcm(外殼到鋁基板，其實(shí)其中還應(yīng)當(dāng)包括薄膜印制版的熱阻)，Rms(鋁基板到散熱器)，Rsa(散熱器到空氣)，其中只要有一個(gè)數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確就會(huì)影響測(cè)試的準(zhǔn)確度。

下圖給出了LED到散熱器各個(gè)熱阻的示意圖。其中合并了很多熱阻，使得其精確度更加受到限制。也就是說(shuō)，要從測(cè)得的散熱器表面溫度來(lái)推測(cè)結(jié)溫的精確度就更差。

LED到散熱器各個(gè)熱阻的示意圖

幸好有一個(gè)間接測(cè)量溫度的方法，那就是測(cè)量電壓。那么結(jié)溫和哪個(gè)電壓有關(guān)呢?這個(gè)關(guān)系又是怎么樣的呢?我們首先要從LED的伏安特性講起。

LED伏安特性的溫度系數(shù)

我們知道LED是一個(gè)半導(dǎo)體二極管，它和所有二極管一樣具有一個(gè)伏安特性，也和所有的半導(dǎo)體二極管一樣，這個(gè)伏安特性有一個(gè)溫度特性。其特點(diǎn)就是當(dāng)溫度上升的時(shí)候，伏安特性左移。圖中畫出了LED的伏安特性的溫度特性。

假定對(duì)LED以Io恒流供電，在結(jié)溫為T1時(shí)，電壓為V1，而當(dāng)結(jié)溫升高為T2時(shí)，整個(gè)伏安特性左移，電流Io不變，電壓變?yōu)閂2。這兩個(gè)電壓差被溫度去除，就可以得到其溫度系數(shù)，以mV/oC表示。對(duì)于普通硅二極管，這個(gè)溫度系數(shù)大約為-2mV/oC。但是LED大多數(shù)不是用硅材料制成的，所以它的溫度系數(shù)也要另外去測(cè)定。幸好各家LED廠家的數(shù)據(jù)表中大多給出了它的溫度系數(shù)。例如對(duì)于Cree公司的XLamp7090XR-E大功率LED，其溫度系數(shù)為-4mV/oC。要比普通硅二極管大2倍。至于美國(guó)普瑞的陣列LED(BXRA)就給出了更為詳細(xì)的數(shù)據(jù)。

但是，他們給出的數(shù)據(jù)，其范圍也未免過(guò)于寬大，以至于失去了利用的價(jià)值。不管怎樣，只要知道LED的溫度系數(shù)就很容易可以從測(cè)量LED的前向電壓中推算出LED的結(jié)溫了。

如何來(lái)預(yù)測(cè)這個(gè)燈具的壽命

從結(jié)溫來(lái)推測(cè)壽命好像應(yīng)該很簡(jiǎn)單，只要查一下圖1的曲線，就可以知道對(duì)應(yīng)于95度結(jié)溫時(shí)的壽命就可以得到LED的壽命為2萬(wàn)小時(shí)了。但是，這種方法用于室內(nèi)的LED燈具還有一定的可信度，如果應(yīng)用到室外的LED燈具，尤其是大功率LED路燈，那里還有很多不確定因素。最大的問(wèn)題是LED路燈的散熱器的散熱效率的隨時(shí)間而降低。這是由于塵土、鳥(niǎo)屎的積累而使得其散熱效率降低。也還因?yàn)槭彝庥泻軓?qiáng)烈的紫外線，也會(huì)使LED的壽命降低。紫外線主要是對(duì)封裝的環(huán)氧樹(shù)脂的老化起很大作用，假如采用硅膠，可以有所改善。紫外線對(duì)熒光粉的老化也有一些壞作用，但不是很嚴(yán)重。

不過(guò)，這種方法用來(lái)相對(duì)比較兩種散熱器的散熱效果是比較有效的。很明顯，伏安特性左移越小的散熱器，其散熱效果就越好。另外，對(duì)于預(yù)測(cè)室內(nèi)LED燈具的壽命也還是有一定的準(zhǔn)確度的。雖然LED在生活中處處可見(jiàn)，但是LED也還有一些不足需要我們的設(shè)計(jì)人員擁有更加專業(yè)的知識(shí)儲(chǔ)備，這樣才能設(shè)計(jì)出更加符合生活所需的產(chǎn)品。