LED壽命如何預(yù)測(cè)

LED壽命如何預(yù)測(cè)

LED也是有一定壽命的。早期的LED只是手電筒、臺(tái)燈這類的禮品，用的時(shí)間不長(zhǎng)，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(shí)間長(zhǎng)，壽命問題就十分突出。過去認(rèn)為L(zhǎng)ED壽命一定就是10萬小時(shí)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(dòng)的故障，LED的壽命表現(xiàn)為它的光衰，也就是時(shí)間長(zhǎng)了，亮度就越來越暗，直到最后熄滅。通常定義衰減30%的時(shí)間作為其壽命。

那么LED的壽命能不能預(yù)測(cè)呢？這個(gè)問題無法簡(jiǎn)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(gè)，一個(gè)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(gè)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)溫越高越早出現(xiàn)光衰，也就是壽命越短。從圖上可以看出，假如結(jié)溫為105度，亮度降至70%的壽命只有一萬多小時(shí)，95度就有2萬小時(shí)，而結(jié)溫降低到75度，壽命就有5萬小時(shí)，65度時(shí)更可以延長(zhǎng)至9萬小時(shí)。所以延長(zhǎng)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。

圖2. Lumiled 公司的LuxeonK2的光衰曲線

當(dāng)結(jié)溫從115℃提高到135℃，就會(huì)使壽命從50,000小時(shí)降低到20,000小時(shí)。

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(zhǎng)LED的壽命

由圖中可以得出結(jié)論，要延長(zhǎng)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(shí)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(jì)散熱器的問題，而是要討論哪一個(gè)散熱器的散熱效果相對(duì)比較好的問題。實(shí)際上，這是一個(gè)結(jié)溫的測(cè)量問題，假如我們能夠測(cè)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(shí)現(xiàn)的LED壽命。

3．如何測(cè)量結(jié)溫

結(jié)溫看上去是一個(gè)溫度測(cè)量問題，可是要測(cè)量的結(jié)溫在LED的內(nèi)部，總不能拿一個(gè)溫度計(jì)或熱電偶放進(jìn)PN結(jié)來測(cè)量它的溫度。當(dāng)然它的外殼溫度還是可以用熱電偶測(cè)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。，但是在安裝好散熱器以后，問題就又變得復(fù)雜起來了。因?yàn)橥ǔED是焊接到鋁基板，而鋁基板又安裝到散熱器上，假如只能測(cè)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(shí)其中還應(yīng)當(dāng)包括薄膜印制版的熱阻），Rms（鋁基板到散熱器），Rsa（散熱器到空氣），其中只要有一個(gè)數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確就會(huì)影響測(cè)試的準(zhǔn)確度。圖3給出了LED到散熱器各個(gè)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(cè)得的散熱器表面溫度來推測(cè)結(jié)溫的精確度就更差。

圖3. LED到散熱器各個(gè)熱阻的示意圖

幸好有一個(gè)間接測(cè)量溫度的方法，那就是測(cè)量電壓。那么結(jié)溫和哪個(gè)電壓有關(guān)呢？這個(gè)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(gè)半導(dǎo)體二極管，它和所有二極管一樣具有一個(gè)伏安特性，也和所有的