LED光衰你知道多少?
文章出處:未知責(zé)任編輯:三昆科技人氣:發(fā)表時(shí)間:2020-08-21 14:59
光衰是大功率LED路燈長時(shí)間無法工作的主要原因。 每個(gè)人還認(rèn)識(shí)到,減少光衰減的一種重要方法是改善其散熱。 但是,根據(jù)照明環(huán)境管理中心最近對(duì)各種路燈的測(cè)試結(jié)果,大多數(shù)路燈的光衰減仍然不能滿足使用要求。
1200小時(shí)照明后的光衰減,最佳為8%,最差為26%,平均為14%。 根據(jù)我們的測(cè)試結(jié)果,當(dāng)結(jié)溫為105度時(shí),在工作6000小時(shí)后,光衰減也應(yīng)達(dá)到14%。 可以看出,大多數(shù)路燈的結(jié)溫都在105度以上。
相當(dāng)多的公司肯定不同意這個(gè)結(jié)果,因?yàn)樗麄冋J(rèn)為自己的散熱器是經(jīng)過精心設(shè)計(jì)的。 實(shí)際情況可能是相同的,但測(cè)試結(jié)果是毋庸置疑的。 有什么問題?
編輯認(rèn)為,也許散熱器的設(shè)計(jì)不是很差,但這可能是因?yàn)槟承┞窡粲珊銐弘娫垂╇姟?但是為什么使用恒壓電源會(huì)導(dǎo)致光衰呢? 這聽起來像是一個(gè)幻想。 但實(shí)際上它是如此嚴(yán)重。 讓我們從頭開始!
1. LED的伏安特性
我們都知道LED是二極管,而二極管最重要的電氣特性就是其伏安特性。
2. LED伏安特性的溫度特性盡管其外觀與普通二極管沒有什么不同,但最大的不同在于其溫度特性。 實(shí)際上,所有二極管的伏安特性都具有溫度特性,但是LED需要特別注意。 這是因?yàn)椋?br>①大功率LED的工作電流比較大,1W為0.35A,3-5W為0.7A,20W為1.05A,30W為1.75A,50W為3.5A。 但是,有些人可能認(rèn)為整流二極管的正向電流也可能達(dá)到如此大的值。
②由于LED的電流發(fā)光效率仍然較低,因此大部分輸入電都轉(zhuǎn)化為熱量,因此其熱量非常高。 如果散熱器做得不好,結(jié)溫將升高得很高。
③LED與整流二極管不同,它不是由普通的硅材料制成,而是由特殊材料制成(例如氮化鎵)。 因此,其伏安特性和溫度特性也與普通二極管不同,但明顯大于普通二極管。 例如,一般二極管的伏安特性的溫度特性是-2mV /℃。
3.結(jié)溫上升引起的問題①LED的結(jié)溫上升后,首先導(dǎo)致的是光輸出下降。
②結(jié)溫的升高會(huì)導(dǎo)致伏安特性
向左移動(dòng),因?yàn)榉蔡匦缘臏囟认禂?shù)為負(fù),這意味著溫度升高并且特性向左移動(dòng)。 例如,如果結(jié)溫升高50度,伏安特性將向左偏移200mV。
③采用恒壓電源會(huì)使LED正向電流隨溫度的升高而增加。
因?yàn)殡娫措妷菏呛愣ǖ模欠蔡匦韵蜃笠苿?dòng),結(jié)果是正向電流增加。 從圖2的伏安特性可以看出,如果在室溫下使用3.3V恒壓電源,則正向電流為350mA;正向電流為350mA。 結(jié)溫升高50度后,伏安特性向左偏移0.2V,這等效于電源。當(dāng)電壓升高至3.5V時(shí),此時(shí)正向電流將增加至600mA。
4.使用恒壓電源會(huì)導(dǎo)致溫度升高的惡性循環(huán)。 在正向電流增加之后,由于電源電壓不變,LED的輸入功率增加到3.3Vx0.6A = 1.98W,幾乎翻了一番。 結(jié)溫升高后,光輸出將減少,這意味著更多的輸入功率被轉(zhuǎn)換為熱能,這意味著如果此時(shí)正向電流增加,其光輸出將不會(huì)增加,但會(huì)減少。 因此,此時(shí)正向電流的增加只會(huì)導(dǎo)致結(jié)溫升高,而不會(huì)增加光輸出。 因此,結(jié)溫升高后,正向電流增加,結(jié)溫再次升高,正向電流再次升高,這導(dǎo)致結(jié)溫上升的惡性循環(huán)。
結(jié)論:使用恒壓電源會(huì)增加結(jié)溫,增加光衰減,并縮短壽命。
因此,從先前的分析可以得出結(jié)論,使用恒壓電源會(huì)提高結(jié)溫,而結(jié)溫的升高會(huì)導(dǎo)致光衰減增加和壽命縮短。 假設(shè)LED在25度的常溫下開啟,則結(jié)溫在開啟后會(huì)升高。 假設(shè)將散熱片設(shè)計(jì)為上升到75度,即結(jié)溫增加50度,那么正向電流將增加到600mA。 總功率從1.155W增加到1.98W,增加了0.825W。 該部分幾乎所有增加的功率都轉(zhuǎn)化為熱量。 假設(shè)原始LED的發(fā)光效率為30%,即70%的輸入功率(0.8W)轉(zhuǎn)換為熱量。 現(xiàn)在,需要從散熱器散發(fā)出兩倍的熱能。 顯然,這在原始散熱器設(shè)計(jì)中并未考慮。 這導(dǎo)致LED的結(jié)溫增加50度到125度。 讓我們回到圖1來查看光衰減曲線。 在125°C下14%的使用壽命將近1200小時(shí),這可以解釋為什么精心設(shè)計(jì)的散熱器由恒壓電源供電的原因。 光衰仍然很大,壽命很短! 因此,要向LED提供電源,必須使用恒流電源。 電流恒定后,無論溫度如何變化,伏安特性如何向左移動(dòng),電流都不會(huì)改變! 結(jié)溫不會(huì)是一個(gè)惡性循環(huán)!
1200小時(shí)照明后的光衰減,最佳為8%,最差為26%,平均為14%。 根據(jù)我們的測(cè)試結(jié)果,當(dāng)結(jié)溫為105度時(shí),在工作6000小時(shí)后,光衰減也應(yīng)達(dá)到14%。 可以看出,大多數(shù)路燈的結(jié)溫都在105度以上。
相當(dāng)多的公司肯定不同意這個(gè)結(jié)果,因?yàn)樗麄冋J(rèn)為自己的散熱器是經(jīng)過精心設(shè)計(jì)的。 實(shí)際情況可能是相同的,但測(cè)試結(jié)果是毋庸置疑的。 有什么問題?
編輯認(rèn)為,也許散熱器的設(shè)計(jì)不是很差,但這可能是因?yàn)槟承┞窡粲珊銐弘娫垂╇姟?但是為什么使用恒壓電源會(huì)導(dǎo)致光衰呢? 這聽起來像是一個(gè)幻想。 但實(shí)際上它是如此嚴(yán)重。 讓我們從頭開始!
1. LED的伏安特性
我們都知道LED是二極管,而二極管最重要的電氣特性就是其伏安特性。
2. LED伏安特性的溫度特性盡管其外觀與普通二極管沒有什么不同,但最大的不同在于其溫度特性。 實(shí)際上,所有二極管的伏安特性都具有溫度特性,但是LED需要特別注意。 這是因?yàn)椋?br>①大功率LED的工作電流比較大,1W為0.35A,3-5W為0.7A,20W為1.05A,30W為1.75A,50W為3.5A。 但是,有些人可能認(rèn)為整流二極管的正向電流也可能達(dá)到如此大的值。
②由于LED的電流發(fā)光效率仍然較低,因此大部分輸入電都轉(zhuǎn)化為熱量,因此其熱量非常高。 如果散熱器做得不好,結(jié)溫將升高得很高。
③LED與整流二極管不同,它不是由普通的硅材料制成,而是由特殊材料制成(例如氮化鎵)。 因此,其伏安特性和溫度特性也與普通二極管不同,但明顯大于普通二極管。 例如,一般二極管的伏安特性的溫度特性是-2mV /℃。
3.結(jié)溫上升引起的問題①LED的結(jié)溫上升后,首先導(dǎo)致的是光輸出下降。
②結(jié)溫的升高會(huì)導(dǎo)致伏安特性
向左移動(dòng),因?yàn)榉蔡匦缘臏囟认禂?shù)為負(fù),這意味著溫度升高并且特性向左移動(dòng)。 例如,如果結(jié)溫升高50度,伏安特性將向左偏移200mV。
③采用恒壓電源會(huì)使LED正向電流隨溫度的升高而增加。
因?yàn)殡娫措妷菏呛愣ǖ模欠蔡匦韵蜃笠苿?dòng),結(jié)果是正向電流增加。 從圖2的伏安特性可以看出,如果在室溫下使用3.3V恒壓電源,則正向電流為350mA;正向電流為350mA。 結(jié)溫升高50度后,伏安特性向左偏移0.2V,這等效于電源。當(dāng)電壓升高至3.5V時(shí),此時(shí)正向電流將增加至600mA。
4.使用恒壓電源會(huì)導(dǎo)致溫度升高的惡性循環(huán)。 在正向電流增加之后,由于電源電壓不變,LED的輸入功率增加到3.3Vx0.6A = 1.98W,幾乎翻了一番。 結(jié)溫升高后,光輸出將減少,這意味著更多的輸入功率被轉(zhuǎn)換為熱能,這意味著如果此時(shí)正向電流增加,其光輸出將不會(huì)增加,但會(huì)減少。 因此,此時(shí)正向電流的增加只會(huì)導(dǎo)致結(jié)溫升高,而不會(huì)增加光輸出。 因此,結(jié)溫升高后,正向電流增加,結(jié)溫再次升高,正向電流再次升高,這導(dǎo)致結(jié)溫上升的惡性循環(huán)。
結(jié)論:使用恒壓電源會(huì)增加結(jié)溫,增加光衰減,并縮短壽命。
因此,從先前的分析可以得出結(jié)論,使用恒壓電源會(huì)提高結(jié)溫,而結(jié)溫的升高會(huì)導(dǎo)致光衰減增加和壽命縮短。 假設(shè)LED在25度的常溫下開啟,則結(jié)溫在開啟后會(huì)升高。 假設(shè)將散熱片設(shè)計(jì)為上升到75度,即結(jié)溫增加50度,那么正向電流將增加到600mA。 總功率從1.155W增加到1.98W,增加了0.825W。 該部分幾乎所有增加的功率都轉(zhuǎn)化為熱量。 假設(shè)原始LED的發(fā)光效率為30%,即70%的輸入功率(0.8W)轉(zhuǎn)換為熱量。 現(xiàn)在,需要從散熱器散發(fā)出兩倍的熱能。 顯然,這在原始散熱器設(shè)計(jì)中并未考慮。 這導(dǎo)致LED的結(jié)溫增加50度到125度。 讓我們回到圖1來查看光衰減曲線。 在125°C下14%的使用壽命將近1200小時(shí),這可以解釋為什么精心設(shè)計(jì)的散熱器由恒壓電源供電的原因。 光衰仍然很大,壽命很短! 因此,要向LED提供電源,必須使用恒流電源。 電流恒定后,無論溫度如何變化,伏安特性如何向左移動(dòng),電流都不會(huì)改變! 結(jié)溫不會(huì)是一個(gè)惡性循環(huán)!
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