采用恒压电源供电是引起LED光衰的重要原因(图).docx

采用恒压电源供电是引起LED光衰的重要原因(图)上海龙茂微电子有限公司茅于海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中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%。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。图1.Cree公司LED的结温和光衰寿命试验结果可能不少公司不会同意这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有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?这听上去好像有点天方夜谭。但实际上的确有这么严重。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。图2.XLamp7090XR-E的伏安特性2.LED伏安特性的温度特性虽然它的样子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是需要特别加以注意的。这是因为：2.1大功率LED的工作电流比较大1W为0.35A3-5W为0.7A20W为1.05A30W为1.75A50W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。2.2LED因为目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。2.3LED不同于整流二极管它不是采用一般的硅材料做成的而是采用特殊的材料(例如氮化镓)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3.1LED结温升高以后首先带来的是光输出降低。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200mV。4.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600mA。5.采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几乎增加了一倍。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时候增加正向电流它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增加。所以结温增加以后à正向电流增加à结温再增加à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度时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电流增加至600mA。总功率从1.155W增加到1.98W增加了0.825W。而这部分所增加的功率几乎全部转换为热量。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。显然这是原来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然是光衰很大寿命很短了!所以给LED供电一定要采用恒流电源供电电流恒定以后不管温度怎么变化伏安特性如何左移电流都不变!结温也就不会恶性循环了!茅于海教授简历：清华大学电子工程系教授、中国电子学会会士、美国IEEE高级会员。1982年任中国科学院