LED灯光衰技术

在科技高度发展的今天，电子产品的更新换代越来越快，LED灯的技术也在不断发展，为我们的城市装饰得五颜六色。光衰这个LED行业老生常谈的问题，笔者一直在想怎么能很直观的告诉你们光衰和LED灯珠寿命的的关系呢?最后找到了一个比较好的方法，就是看图说话。提前说下减少光衰的方法就是散热，散热，散热......重要的事情多说几遍。

下面是cree公司的光衰曲线图：

从图中可以看出，LED的光衰是和它的结温有关，所谓结温就是半导体PN结的温度，结温越高越早出现光衰，也就是寿命越短。从图上可以看出，假如结温为105度，亮度降至70%的寿命只有一万多小时，95度就有2万小时，而结温降低到75度，寿命就有5万小时，65度时更可以延长至9万小时。所以延长寿命的关键就是要降低结温，不过这些数据只适合于Cree的LED，并不适合于其他公司的LED。

如何才能延长LED的寿命

所以我们买LED灯具(所有的不特指LED射灯)的时候，一定要看它的散热设计好不好。由图中可以得出结论，要延长其寿命的关键是要降低其结温。而降低结温的关键就是要有好的散热器，能够及时地把LED产生的热散发出去。

在这里我们不准备讨论如何设计散热器的问题，而是要讨论哪一个散热器的散热效果相对比较好的问题。实际上，这是一个结温的测量问题，假如我们能够测量任何一种散热器所能达到的结温，那么不但可以比较各种散热器的散热效果，而且还能知道采用这种散热器以后所能实现的LED寿命。

如何测量结温

结温看上去是一个温度测量问题，可是要测量的结温在LED的内部，总不能拿一个温度计或热电偶放进PN结来测量它的温度。当然它的外壳温度还是可以用热电偶测量的，然后根据给出的热阻Rjc(结到外壳)，可以推算出它的结温。

但是在安装好散热器以后，问题就又变得复杂起来了。因为通常LED是焊接到铝基板，而铝基板又安装到散热器上，假如只能测量散热器外壳的温度，那么要推算结温就必须知道很多热阻的值。包括Rjc(结到外壳)，Rcm(外壳到铝基板，其实其中还应当包括薄膜印制版的热阻)，Rms(铝基板到散热器)，Rsa(散热器到空气)，其中只要有一个数据不准确就会影响测试的准确度。

下图给出了LED到散热器各个热阻的示意图。其中合并了很多热阻，使得其精确度更加受到限制。也就是说，要从测得的散热器表面温度来推测结温的精确度就更差。

LED到散热器各个热阻的示意图

幸好有一个间接测量温度的方法，那就是测量电压。那么结温和哪个电压有关呢?这个关系又是怎么样的呢?我们首先要从LED的伏安特性讲起。

LED伏安特性的温度系数

我们知道LED是一个半导体二极管，它和所有二极管一样具有一个伏安特性，也和所有的半导体二极管一样，这个伏安特性有一个温度特性。其特点就是当温度上升的时候，伏安特性左移。图中画出了LED的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，就可以得到其温度系数，以mV/oC表示。对于普通硅二极管，这个温度系数大约为-2mV/oC。但是LED大多数不是用硅材料制成的，所以它的温度系数也要另外去测定。幸好各家LED厂家的数据表中大多给出了它的温度系数。例如对于Cree公司的XLamp7090XR-E大功率LED，其温度系数为-4mV/oC。要比普通硅二极管大2倍。至于美国普瑞的阵列LED(BXRA)就给出了更为详细的数据。

但是，他们给出的数据，其范围也未免过于宽大，以至于失去了利用的价值。不管怎样，只要知道LED的温度系数就很容易可以从测量LED的前向电压中推算出LED的结温了。

如何来预测这个灯具的寿命

从结温来推测寿命好像应该很简单，只要查一下图1的曲线，就可以知道对应于95度结温时的寿命就可以得到LED的寿命为2万小时了。但是，这种方法用于室内的LED灯具还有一定的可信度，如果应用到室外的LED灯具，尤其是大功率LED路灯，那里还有很多不确定因素。最大的问题是LED路灯的散热器的散热效率的随时间而降低。这是由于尘土、鸟屎的积累而使得其散热效率降低。也还因为室外有很强烈的紫外线，也会使LED的寿命降低。紫外线主要是对封装的环氧树脂的老化起很大作用，假如采用硅胶，可以有所改善。紫外线对荧光粉的老化也有一些坏作用，但不是很严重。

不过，这种方法用来相对比较两种散热器的散热效果是比较有效的。很明显，伏安特性左移越小的散热器，其散热效果就越好。另外，对于预测室内LED灯具的寿命也还是有一定的准确度的。虽然LED在生活中处处可见，但是LED也还有一些不足需要我们的设计人员拥有更加专业的知识储备，这样才能设计出更加符合生活所需的产品。