深入分析 LED 光衰的重要原因 2010/12/1 作者:茅于海 来源:上海龙茂微电子有限公司 网友评论: 0 条 导读: 光衰是大功率 LED 路灯不能长期工作的主要原因, 也开始认识到降低光衰的一个重要 导读: 方法就是改进其散热。 尽管如此, 从这次深圳市灯光环境管理中心对各种路灯的测试结果来 看,仍然有大多数路灯的光衰是不能满足使用要求的。1200 小时亮灯后的光衰,最好的为 8%,最差的为 26%,平均为 14%。按照 Cree 公司的测试结果,结温在 105 度时,14%光衰也 应当要在工作了 6000 小时以后,可见大部分路灯的结温在 105 度以上。 标签: 标签:LED 结温 LED 散热 恒流驱动 恒压驱动 LED 发光率 可能不少公司不会同意这样的结果,因为他们认为他们的散热器都是经过精心设计的。 实际情况可能也是如此,但是测试的结果也不容怀疑。问题出在哪里呢? 我认为, 可能散热器也不至于设计得这么差, 而可能是因为有一些路灯是采用恒压电源 供电的结果。可是为什么采用恒压电源供电会引起光衰呢?这听上去好像有点天方夜谭。但 实际上的确有这么严重。让我们来从头说起吧! 图 1. Cree 公司 LED 的结温和光衰寿命试验结果 1.LED 的伏安特性 我们都知道,LED 是一个二极管,而二极管最重要的电特性就是它的伏安特性。图 2 中 给出了 Cree 公司的 XLamp7090XR-E 的伏安特性。 XLamp7090XR图 2. XLamp7090XR-E 的伏安特性 2.LED 伏安特性的温度特性 虽然它的样子和一般二极管没有什么两样, 但是最大的不同在于它的温度特性。 其实所 有二极管的伏安特性都有温度特性的问题, 可是就是 LED 是需要特别加以注意的。 这是因为: 2.1 大功率 LED 的工作电流比较大,1W 为 0.35A,3-5W 为 0.7A,20W 为 1.05A,30W 为 1.75A,50W 为 3.5A。不过可能也会有人觉得,整流二极管的正向电流也可能达到这样大的 数值的。 2.2 LED 因为目前的发光效率还是比较低,所以大部分的输入电功率都是转化为热,所 以它的发热很高,假如散热器做得不好,那么结温就会升得很高。 2.3 LED 不同于整流二极管, 它不是采用一般的硅材料做成的, 而是采用特殊的材料(例 如氮化镓)制成。所以它的伏安特性的温度特性也不同于一般二极管,而是要明显大于一般 二极管。例如一般二极管的伏安特性的温度特性为-2mV/°C,但是 Cree 公司的 XLamp7090XR-E 的伏安特性的温度特性却高达-4mV/°C,要比一般的二极管大一倍。 3. 由结温升高产生的问题 3.1 LED 结温升高以后首先带来的是光输出降低。 XLamp7090XR图 3. XLamp7090XR-E 的相对光输出随结温的升高而降低 3.2 结温升高引起伏安特性的左移 因为伏安特性的温度系数是负的,这意味着温度升高,特性左移。例如,假定结温升高 50 度,那么伏安特性就会左移 200mV。 采用恒压电源供电会使 正向电流随温升的增加而增加。 3. 采用恒压电源供电会使 LED 正向电流随温升的增加而增加。 因为电源电压是恒定的,而伏安特性却左移了,其结果就是正向电流增加。从图 2 的伏 安特性可以看出,假如常温下用 3.3V 的恒压电源供电,其正向电流为 350mA;结温升高 50 度以后,伏安特性左移 0.2V,那么相当于电源电压升高到了 3.5V,这时候,正向电流就会 增加到 600mA。 4. 采用恒压电源供电会引起温升增加的恶性循环 正向电流增加以后,因为电源电压没有变化,所以 LED 的输入功率增加到 3.3Vx0.6A=1.98W, 几乎增加了一倍。但从图 3 可以看出,结温升高以后,光输出会降低,这意味着更多的 输入功率转换为热能,也就是说如果这时候增加正向电流,它的光输出并不随着增加,反而 降低。所以,这时的正向电流的增加只会引起结温增加,而不会使光输出增加。 所以,结温增加以后,正向电流增加,结温再增加,正向电流再增加,这就引起结温升 高的恶性循环。 结论:采用恒压电源供电会使结温升高,光衰加大,寿命缩短。 结论:采用恒压电源供电会使结温升高,光衰加大,寿命缩短。 所以,从前面的分析,可以得出这样的结论:采用恒压电源供电会使结温升高,而结温 增加的结果就是光衰加大,寿命缩短。假定 LED 在常温 25 度时开机,开机以后结温就会升 高,假定散热器设计为温升至 75 度,也就是结温增加了 50 度,那么就会使得正向电流增加 至 600mA。总功率从 1.155W 增加到 1.98W,增加了 0.825W。而这部分所增加的功率几乎全 部转换为热量。假定原来 LED 的发光效率为 30%,也就是 70%的输入功率(0.8W)都转换为热 能。现在又多了一倍的热能需要从散热器散出去。显然,这是原来的散热器设计没有考虑到 的。这就使 LED 的结温又升高 50 度,变成了 125 度。我们回到图 1 来看光衰曲线,125 度 的光衰为 14%的寿命也就差不多为 1200 小时,那么也就可以解释为什么一个精心设计的散 热器,如果采用恒压电源供电,其结果仍然是光衰很大,寿命很短了! 所以,给 LED 供电,一定要采用恒流电源供电,电流恒定以后,不管温度怎么变化,伏 安特性如何左移,电流都不变!结温也就不会恶性循环了!