LED的壽命可以預(yù)測嗎

1、精品文檔LED 的壽命可以預(yù)測嗎?LED 的壽命可以預(yù)測嗎？一切事物都有發(fā)生、發(fā)展和消亡的過程，LED 也不例外，是有一定壽命的。早期 的 LED只是手電筒、臺燈這類的禮品，用的時間不長，壽命問題不突出。但是現(xiàn) 在 LED 已經(jīng)開始廣泛地用于室外和室內(nèi)的照明之中，尤其是大功率的LED 路燈,其功率大、發(fā)熱高、工作時間長，壽命問題就十分突出。過去認(rèn)為 LED 壽命一定 就是10 萬小時的神話似乎徹底破滅了。那么到底問題出在哪里呢？假如不考慮電源和驅(qū)動的故障，LED 的壽命表現(xiàn)為它的光衰，也就是時間長了， 亮度就越來越暗，直到最后熄滅。通常定義衰減 30%勺時間作為其壽命。那么 LED 的壽命能不

2、能預(yù)測呢？這個問題無法簡單地回答，需要從頭講起。1. LED 的光衰：大多數(shù)白色 LED 是由藍(lán)色 LED 照射黃色熒光粉而得到的。 引起 LED 光衰的主要原 因有兩個，一個是藍(lán)光 LED 本身的光衰，藍(lán)光 LED 的光衰遠(yuǎn)比紅光、黃光、綠光 LED 要快。還有一個是熒光粉的光衰，熒光粉在高溫下的衰減十分嚴(yán)重。各種品 牌的 LED 它的光衰是不同的。通常 LED 的廠家能夠給出一套標(biāo)準(zhǔn)的光衰曲線來。 例如美國 Cree 公司的光衰曲線就如圖 1 所示。圖 1. Cree 公司的 LED 的光衰曲線從圖中可以看出，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

3、現(xiàn)光衰，也就是壽命越短。從圖上可以看出，假如結(jié)溫為 1051 DUU1W.QWTime (hours)一JQ)f孑-UE- E: H度，亮度降至 70%勺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Cree 的 LED 并不適合于其他公司的 LED 例如 Lumiled 公司的 LuxeonK2 的光衰曲線就如圖 2 所示1歡迎下載精品文檔圖 2. Lumiled 公司的 LuxeonK2 的光衰曲線當(dāng)結(jié)溫從 115C 提高到 135C，就會使壽命從 5

4、0,000 小時降低到 20,000 小時 其他各家公司的光衰曲線應(yīng)當(dāng)可以向原廠索取。2 如何才能延長 LED 的壽命由圖中可以得出結(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現(xiàn)的 LED 壽命。3.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

5、，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Luxeon K2 white stressed at 1.5AR1OtCJOCCQMoureLowpr TJ位ooo I 20伽HiQtwr Tj散熱器以后，問題就又變得復(fù)雜起來了。因為通常 LED 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， 其實其中還應(yīng)當(dāng)包括薄膜印制版的熱阻），Rms（鋁基板

6、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。圖3 給出了2歡迎下載精品文檔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。圖 3. LED 到散熱器各個熱阻的示意圖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。4. 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

7、。其特點(diǎn)就是當(dāng)溫度 上升的時候，伏安特性左移。圖 4 中畫出了 LED 的伏安特性的溫度特性。3歡迎下載精品文檔圖 4. LED 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)?V2。這兩個電壓差被溫度去除，就 可以得到其溫度系數(shù)，以 mV/bC 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

8、-大功率 LED 其溫度系數(shù)為-4mV/oG 要比普通硅二極管 大 2 倍。采用美國旭明（Semileds）公司芯片封裝的臺灣宇揚(yáng)的 P1 型 LED 的溫 度系數(shù)就是-3mV/oC。而美國 Philips-Lumileds 公司的 Luxeon Rebel 的伏安特 性溫度系數(shù)為-2 4mVbC。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)。ColorBsse Part MumtberForward VQllge VfT/plealTemperatureCoefficient ofForwa rd Voltage(mVFCJTypical ThermalResistance

9、Junction to CC/W)RSuTest Current(mA)mMin.TYP.Max.WarmWhiteSKRAWCMtM)9.0I.!：-3 to-91.0goo120歸214.3-4 to -1?0713006XRA-WI20C15.0r&j17.8-510-15 I0 51600NeutralWifeBXRA-M04009.09 710.5-3 to -g1-0SOOeXRA-M080012.0MJQo -12071200BXRA-N120015016217.5-5 to-150.514C0Cool wtii隱BXRA-C04009.09 80.6”3 to14RXR

10、A-COaOQ13013-(J14 1to-15XoooEIXRA-CI20012013-2M.3-4 to-120.71300BXRA-C2Q00150I&.61S.06 to-160.517S0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。5 如何具體測算 LED 的結(jié)溫?，F(xiàn)在就以 Cree 公司的 XLamp7090XR-為例。來說明如何具體測算 LED 的結(jié)溫。要求已經(jīng)把 LED 安裝到散熱器里，并且是采用恒流驅(qū)動器作為電源。同時要把連 接到 LED 去的兩根

11、線引出來。在通電以前就把電壓表連接到輸出端（LED 的正極 和負(fù)極），然后接通電源，趁 LED 還沒有熱起來之前，馬上讀出電壓表的讀數(shù)，4歡迎下載精品文檔也就是相當(dāng)于 V1 的值，然后等至少 1 小時，等它已經(jīng)達(dá)到熱平衡，再測一次，LED 兩端的電壓，相當(dāng)于 V2。把這兩個值相減，得出其差值。再被 4mV 去除一下， 就可以得出結(jié)溫了。實際上，LED 多半為很多個串聯(lián)再并聯(lián)，這也不要緊，這時 的電壓差值是由很多串聯(lián)的 LED 所共同貢獻(xiàn)，所以要把這個電壓差值除以所串聯(lián) 的 LED 數(shù)目再去除以 4mV 就可以得到其結(jié)溫。例如，LED 是 10 串 2 并，第一次 測得的電壓為 33V,第二次熱

12、平衡后測得的電壓為 30V,電壓差為 3V。這個數(shù)字 先要除以所串聯(lián)的 LED 個數(shù)（10 個），得到 0.3V，再除以 4mV 可以得到 75 度。假定開機(jī)前的環(huán)境溫度是 20 度，那么這時候的結(jié)溫就應(yīng)當(dāng)是 95 度。 采用這種方法得出的結(jié)溫， 肯定要比用熱電偶測量散熱器的溫度再來推算其結(jié)溫 要準(zhǔn)確很多。6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 為室外有很強(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