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解读:如何预测LED的寿命

2015-06-26 11:54 | 来源:未知

    一切事物都有发生、发展和消亡的过程,led也不例外,是有一定寿命的。
早期的LED只是手电筒、台灯这类的礼品,用的时间不长,寿命问题不突出。
但是现在LED已经开始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、工作时间长,寿命问题就十分突出。
过去认为LED寿命一定就是10万小时的神话似乎彻底破灭了。
那么到底问题出在哪里呢?

  假如不考虑电源和驱动的故障,LED的寿命表现为它的光衰,也就是时间长了,亮度就越来越暗,直到最后熄灭。
通常定义衰减30%的时间作为其寿命。

  那么LED的寿命能不能预测呢?这个问题无法简单地回答,需要从头讲起。

  1.LED的光衰:

  大多数白色LED是由蓝色LED照射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本身的光衰,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十分严重。
各种品牌的LED它的光衰是不同的。
通常LED的厂家能够给出一套标准的光衰曲线来。
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。
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℃,就会使寿命从50,000小时降低到20,000小时。

  其他各家公司的光衰曲线应当可以向原厂索取。

 2.如何才能延长LED的寿命

  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。

  3.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。
图3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。

 

图3. 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。

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