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LED燈珠封裝行業(yè)新聞門戶

影響LED燈光衰的原因分析

      光衰這個LED行業(yè)老生常談的問題,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?最后找到了一個比較好的方法,就是看圖說話。提前說下減少光衰的方法就是散熱,散熱,散熱......重要的事情多說幾遍。

    下面是公司的光衰曲線圖:

     

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%的壽命只有一萬多小時,95度就有2萬小時,而結(jié)溫降低到75度,壽命就有5萬小時,65度時更可以延長至9萬小時。所以延長壽命的關(guān)鍵就是要降低結(jié)溫,不過這些數(shù)據(jù)只適合于公司的LED,并不一定適合于其他公司的LED。

如何才能延長LED的壽命

所以我們買LED燈具(所有的不特指LED射燈)的時候,一定要看它的散熱設(shè)計好不好。

由圖中可以得出結(jié)論,要延長其壽命的關(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)計散熱器的問題,而是要討論哪一個散熱器的散熱效果相對比較好的問題。實(shí)際上,這是一個結(jié)溫的測量問題,假如我們能夠測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。

如何測量結(jié)溫

結(jié)溫看上去是一個溫度測量問題,可是要測量的結(jié)溫在LED的內(nèi)部,總不能拿一個溫度計或熱電偶放進(jìn)PN結(jié)來測量它的溫度。當(dāng)然它的外殼溫度還是可以用熱電偶測量的,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,問題就又變得復(fù)雜起來了。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),其中只要有一個數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確就會影響測試的準(zhǔn)確度。

下圖給出了LED到散熱器各個熱阻的示意圖。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,要從測得的散熱器表面溫度來推測結(jié)溫的精確度就更差。



幸好有一個間接測量溫度的方法,那就是測量電壓。那么結(jié)溫和哪個電壓有關(guān)呢?這個關(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是一個半導(dǎo)體二極管,它和所有二極管一樣具有一個伏安特性,也和所有的半導(dǎo)體二極管一樣,這個伏安特性有一個溫度特性。其特點(diǎn)就是當(dāng)溫度上升的時候,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LED以Io恒流供電,在結(jié)溫為T1時,電壓為V1,而當(dāng)結(jié)溫升高為T2時,整個伏安特性左移,電流Io不變,電壓變?yōu)閂2。這兩個電壓差被溫度去除,就可以得到其溫度系數(shù),以mV/oC表示。對于普通硅二極管,這個溫度系數(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),其范圍也未免過于寬大,以至于失去了利用的價值。不管怎樣,只要知道LED的溫度系數(shù)就很容易可以從測量LED的前向電壓中推算出LED的結(jié)溫了。

如何來預(yù)測這個燈具的壽命

從結(jié)溫來推測壽命好像應(yīng)該很簡單,只要查一下圖1的曲線,就可以知道對應(yīng)于95度結(jié)溫時的壽命就可以得到LED的壽命為2萬小時了。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。

最大的問題是LED路燈的散熱器的散熱效率的隨時間而降低。這是由于塵土、鳥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,也會使LED的壽命降低。紫外線主要是對封裝的環(huán)氧樹脂的老化起很大作用,假如采用硅膠,可以有所改善。紫外線對熒光粉的老化也有一些壞作用,但不是很嚴(yán)重。

不過,這種方法用來相對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,對于預(yù)測室內(nèi)LED燈具的壽命也還是有一定的準(zhǔn)確度的。


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