LED壽命如何預(yù)測

LED壽命如何預(yù)測

LED也是有一定壽命的。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%的時間作為其壽命。

那么LED的壽命能不能預(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，一個是藍光LED本身的光衰，藍光LED的光衰遠比紅光、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準的光衰曲線來。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，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。

圖2. Lumiled 公司的LuxeonK2的光衰曲線

當(dāng)結(jié)溫從115℃提高到135℃，就會使壽命從50,000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，總不能拿一個溫度計或熱電偶放進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（鋁基板到散熱器），Rsa（散熱器到空氣），其中只要有一個數(shù)據(jù)不準確就會影響測試的準確度。圖3給出了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