LED的寿数能够猜测吗?
全部事物都有发作、开展和消亡的进程,LED也不破例,是有必定寿数的。前期的LED仅仅手电筒、台灯这类的礼品,用的时刻不长,寿数问题不杰出。可是现在LED现已开端广泛地用于室外和室内的照明之中,尤其是大功率的LED路灯,其功率大、发热高、作业时刻长,寿数问题就非常杰出。曩昔以为LED寿数必定便是10万小时的神话如同完全幻灭了。那么究竟问题出在哪里呢?
假设不考虑电源和驱动的毛病,LED的寿数表现为它的光衰,也便是时刻长了,亮度就越来越暗,直到最终平息。一般界说衰减30%的时刻作为其寿数。
那么LED的寿数能不能猜测呢?这个问题无法简略地答复,需求从头讲起。
1.LED的光衰
大多数白色LED是由蓝色LED照耀黄色荧光粉而得到的。引起LED光衰的主要原因有两个,一个是蓝光LED自身的光衰,蓝光LED的光衰远比红光、黄光、绿光LED要快。还有一个是荧光粉的光衰,荧光粉在高温下的衰减非常严峻。各种品牌的LED它的光衰是不同的。一般LED的厂家能够给出一套规范的光衰曲线来。例如美国Cree公司的光衰曲线就如图1所示。
图1. Cree公司的LED的光衰曲线
从图中能够看出,LED的光衰是和它的结温有关,所谓结温便是半导体PN结的温度,结温越高越早呈现光衰,也便是寿数越短。从图上能够看出,假设结温为105度,亮度降至70%的寿数只需一万多小时,95度就有2万小时,而结温下降到75度,寿数就有5万小时,65度时更能够延伸至9万小时。所以延伸寿数的要害便是要下降结温。不过这些数据只适合于Cree的LED。并不适合于其他公司的LED。例如Lumiled公司的LuxeonK2的光衰曲线就如图2所示。
图2. Lumiled 公司的LuxeonK2的光衰曲线
当结温从115℃提高到135℃,就会使寿数从50,000小时下降到20,000小时。
其他各家公司的光衰曲线应当能够向原厂讨取。
2.怎么才干延伸LED的寿数
由图中能够得出结论,要延伸其寿数的要害是要下降其结温。而下降结温的要害便是要有好的散热器。能够及时地把LED发生的热发出出去。
在这里咱们不准备评论怎么规划散热器的问题,而是要评论哪一个散热器的散热作用相对比较好的问题。实际上,这是一个结温的丈量问题,假设咱们能够丈量任何一种散热器所能到达的结温,那么不光能够比较各种散热器的散热作用,并且还能知道选用这种散热器今后所能完成的LED寿数。
3.怎么丈量结温
结温看上去是一个温度丈量问题,可是要丈量的结温在LED的内部,总不能拿一个温度计或热电偶放进PN结来丈量它的温度。当然它的外壳温度仍是能够用热电偶丈量的,然后依据给出的热阻Rjc(结到外壳),能够计算出它的结温。,可是在安装好散热器今后,问题就又变得复杂起来了。由于一般LED是焊接到铝基板,而铝基板又安装到散热器上,假设只能丈量散热器外壳的温度,那么要计算结温就必须知道许多热阻的值。包含Rjc(结到外壳),Rcm(外壳到铝基板,其实其间还应当包含薄膜印制版的热阻),Rms(铝基板到散热器),Rsa(散热器到空气),其间只需有一个数据不精确就会影响测验的精确度。图3给出了LED到散热器各个热阻的示意图。其间兼并了许多热阻,使得其精确度愈加受到限制。也便是说,要从测得的散热器表面温度来估测结温的精确度就更差。
图3. LED到散热器各个热阻的示意图
幸亏有一个间接丈量温度的办法,那便是丈量电压。那么结温文哪个电压有关呢?这个联系又是怎么样的呢?
咱们首要要从LED的伏安特性讲起。
4.LED伏安特性的温度系数
咱们知道LED是一个半导体二极管,它和一切二极管相同具有一个伏安特性,也和一切的半导体二极管相同,这个伏安特性有一个温度特性。其特色便是当温度上升的时分,伏安特性左移。图4中画出了LED的伏安特性的温度特性。
图4. LED伏安特性的温度特性
假定对LED以Io恒流供电,在结温为T1时,电压为V1,而当结温升高为T2时,整个伏安特性左移,电流Io不变,电压变为V2。这两个电压差被温度去除,就能够得到其温度系数,以mV/ºC表明。关于一般硅二极管,这个温度系数大约为-2mV/ºC。可是LED大多数不是用硅资料制成的,所以它的温度系数也要别的去测定。幸亏各家LED厂家的数据表中大多给出了它的温度系数。例如关于Cree公司的XLamp7090XR-E大功率LED,其温度系数为-4mV/ºC。要比一般硅二极管大2倍。而美国Philips-Lumileds公司的Luxeon Rebel的伏安特性温度系数为-2—4mV/ºC。至于美国普瑞的阵列LED(BXRA)就给出了更为详细的数据。
可是,他们给出的数据,其规模也不免过于广大,以至于失去了使用的价值。
不管怎样,只需知道LED的温度系数就很简单能够从丈量LED的前向电压中计算出LED的结温了。
5.怎么详细测算LED的结温
现在就以Cree公司的XLamp7090XR-E为例。来阐明怎么详细测算LED的结温。要求现已把LED安装到散热器里,并且是选用恒流驱动器作为电源。一起要把连接到LED去的两根线引出来。在通电曾经就把电压表连接到输出端(LED的正极和负极),然后接通电源,趁LED还没有热起来之前,立刻读出电压表的读数,也便是相当于V1的值,然后等至少1小时,等它现已到达热平衡,再测一次,LED两头的电压,相当于V2。把这两个值相减,得出其差值。再被4mV去除一下,就能够得出结温了。实际上,LED八成为许多个串联再并联,这也没关系,这时的电压差值是由许多串联的LED所一起奉献,所以要把这个电压差值除以所串联的LED数目再去除以4mV,就能够得到其结温。例如,LED是10串2并,第一次测得的电压为33V,第2次热平衡后测得的电压为30V,电压差为3V。这个数字先要除以所串联的LED个数(10个),得到0.3V,再除以4mV,能够得到75度。假定开机前的环境温度是20度,那么这时分的结温就应当是95度。
选用这种办法得出的结温,必定要比用热电偶丈量散热器的温度再来计算其结温要精确许多。
6.怎么来猜测这个灯具的寿数
从结温来估测寿数如同应该很简略,只需查一下图1的曲线,就能够知道对应于95度结温时的寿数就能够得到LED的寿数为2万小时了。可是,这种办法用于室内的LED灯具还有必定的可信度,假设应用到室外的LED灯具,尤其是大功率LED路灯,那里还有许多不确定要素。最大的问题是LED路灯的散热器的散热功率的随时刻而下降。这是由于尘土、鸟屎的堆集而使得其散热功率下降。也还由于室外有很激烈的紫外线,也会使LED的寿数下降。紫外线主要是对封装的环氧树脂的老化起很大作用,假设选用硅胶,能够有所改善。紫外线对荧光粉的老化也有一些坏作用,但不是很严峻。
不过,这种办法用来相对比较两种散热器的散热作用是比较有用的。很明显,伏安特性左移越小的散热器,其散热作用就越好。别的,关于猜测室内LED灯具的寿数也仍是有必定的精确度的。