led热量的形成与控制

1、led热量的形成与控制现在大家开始意识到，光衰是大功率led路灯不能长期工作的主要原因， 也开始认识到降低光衰的一个重要方法就是改进其散热。尽管如此，从这次深 圳市灯光环境管理屮心对各种路灯的测试结果来看，仍然有大多数路灯的光衰 是不能满足使用要求的。1200小时亮灯后的光衰，最好的为8%,最差的为26%, 平均为14%o按照cree公司的测试结果，结温在105度时，14%光衰也应当要 在工作了 6000小时以后，可见大部分路灯的结温在105度以上。l.ooolo.oooloaoool.ooo.oootime (hours)图i. cree公led的结温和光衰寿命试验结果可能不少公司不会同意这

2、样的结果，因为他们认为他们的散热器都是经过精心设 计的。实际情况可能也是如此，但是测试的结果也不容怀疑。问题出在哪里呢？我认为，可能散热器也不至于设计得这么差，而可能是因为冇一些路灯是采用恒 压电源供电的结果。可是为什么采用恒压电源供电会引起光衰呢？这听上去好像有点犬方夜谭。但实际上的确冇这么严重。让我们来从头说起吧!1. led的伏安特性我们都知道，led是一个二极管，而二极管最重要的电特性就是它的伏安特性。图2中给出了 cree公司的xlamp7090xr-e的伏安特性。(4e 二 uexlnu de/vuoll图2. xlamp7090xr-e的伏安特性2led伏安特性的温度特性虽然它的

3、样了和一般二极管没有什么两样，但是最大的不同在于它的温度特性。 其实所有二极管的伏安特性都有温度特性的问题，可是就是led是需要特別加 以注意的。这是因为：2.1大功率led的工作电流比较大，1w为0.35a, 3-5w为0.7a, 20w为1.05a, 30w为1.75a, 50w为3.5a。不过可能也会有人觉得，整流二极管的正向电流 也可能达到这样大的数值的。2.2 led因为口前的发光效率还是比较低，所以大部分的输入电功率都是转化为 热，所以它的发热很高，假如散热器做得不好，那么结温就会升得很高。2.3 led不同于整流二极管，它不是米用一般的硅材料做成的，而是米用特殊的 材料（例如氮化

4、掾）制成。所以它的伏安特性的温度特性也不同于一般二极 管，而是要明显大于一般二极管。例如一般二极管的伏安特性的温度特性为 -2mv/° c,但是cree公司的xlamp7090xr-e的伏安特性的温度特性却高达 -4mv/° c,要比一般的二极管大一倍。3.由结温升高产生的问题3.1 led结温升高以后首先带来的是光输岀降低。x2z 4u.2pe0!e/mmlva图3. xlamp7090xr-e的相对光输出随结温的升高而降低3.2结温升高引起伏安特性的左移因为伏安特性的温度系数是负的，这意味着温度升高，特性左移。例如，假定结温升高50度，那么伏安特性就会左移200mvo3

5、采用恒压电源供电会使led正向电流随温升的增加而增加。因为电源电压是恒定的，而伏安特性却左移了，其结果就是正向电流增加。从图2的伏安特性可以看出，假如常温下用3.3v的恒压电源供电，其正向电流为350ma；结温升高50度以后，伏安特性左移0.2v,那么相当于电源电压升高到了 3.5v,这时候,正向电流就会增加到600mao4.釆用恒压电源供电会引起温升增加的恶性循环正向电流增加以后，因为电源电压没有变化，所以led的输入功率增加到 3.3vx0.6a=1.98w,几乎増加了一倍。但从图3可以看出，结温升高以后，光输出会降低，这意味着 更多的输入功率转换为热能，也就是说如果这吋候增加正向电流，它

6、的光输出并 不随着增加，反而降低。所以，这时的正向电流的增加只会引起结温增加，而不 会使光输出壇加。所以，结温增加以后t正向电流增加t结温再增加t正向电流再增加. 这就引起结温升高的恶性循环。结论：采用恒压电源供电会使结温升高，光衰加大，寿命缩短 所以，从前面的分析，可以得出这样的结论：采用恒压电源供电会使结温升高， 而结温增加的结果就是光衰加大，寿命缩短。假定led在常温25度吋开机，开 机以后结温就会升高，假定散热器设计为温升至75度，也就是结温增加了 50 度，那么就会使得正向屯流增加至600mao总功率从1.155w增加到1.98w,增 加了 0.825wo而这部分所增加的功率儿乎全部转换为热量。假定原来led的发 光效率为30%,也就是70%的输入功率(0.8w)都转换为热能。现在又多了一 倍的热能需要从散热器散出去。显然，这是原來的散热器设计没有考虑到的。这 就使led的结温又升高50度，变成了 125度。我们回到图1来看光衰曲线，125 度的光衰为14%的寿命也就差不多为1200小时，那么也就可以解释为什么一个 精心设计的散热器，如果采用恒压电源供电，其结果仍