基本介紹
計算方法,產生原因,光衰分析,保護措施,
計算方法
產生原因
LED路燈產品的光衰就是光在傳輸中的訊號減弱，而現階段全球LED大廠們做出的LED產品光衰程度都不同，大功率LED同樣存在光衰，這和溫度有直接的關係，主要是由晶片、螢光粉和封裝技術決定的。目前，市場上的白光LED其光衰可能是向民用照明進軍的首要問題之一。
針對LED的光衰主要有以下二大因素：
LED產品本身品質問題
1、採用的LED晶片體質不好，亮度衰減較快。
2、生產工藝存在缺陷，LED晶片散熱不能良好的從PIN腳導出，導致LED晶片溫度過高使晶片衰減加劇。
使用條件問題
1、LED為恆流驅動，有部分LED採用電壓驅動原因使LED衰減過來。
2、驅動電流大於額定驅動條件。
其實導致LED產品光衰的原因很多，最關鍵的還是熱的問題，儘管很多廠商在次級產品不特別注重散熱的問題，但這些次級LED產品長期使用下，光衰程度會比有注重散熱的LED產品要高。LED晶片本身的熱阻、銀膠的影響、基板的散熱效果，以及膠體和金線方面也都與光衰有關係。
光衰分析
大多數白色LED是由藍色LED照射$螢光粉而得到的。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。還有一個是螢光粉的光衰，螢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的光衰是和它的結溫有關，所謂結溫就是半導體PN結的溫度，結溫越高越早出現光衰，也就是壽命越短。從圖上可以看出，假如結溫為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。所以延長壽命的關鍵就是要降低結溫。不過這些數據只適合於Cree的LED。並不適合於其他公司的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
當結溫從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當可以向原廠索取。
保護措施
如何才能延長LED的壽命
由圖中可以得出結論，要延長其壽命的關鍵是要降低其結溫。而降低結溫的關鍵就是要有好的散熱器。能夠及時地把LED產生的熱散發出去。
在這裡我們不準備討論如何設計散熱器的問題，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，而且還能知道採用這種散熱器以後所能實現的LED壽命。
如何測量結溫
結溫看上去是一個溫度測量問題，可是要測量的結溫在LED的內部，總不能拿一個溫度計或熱電偶放進PN結來測量它的溫度。當然它的外殼溫度還是可以用熱電偶測量的，然後根據給出的熱阻Rjc（結到外殼），可以推算出它的結溫。但是在安裝好散熱器以後，問題就又變得複雜起來了。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，那么要推算結溫就必須知道很多熱阻的值。包括Rjc（結到外殼），Rcm（外殼到鋁基板，其實其中還應當包括薄膜印製版的熱阻），Rms（鋁基板到散熱器），Rsa（散熱器到空氣），其中只要有一個數據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。其中合併了很多熱阻，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。那么結溫和哪個電壓有關呢？這個關係又是怎么樣的呢？
我們首先要從LED的伏安特性講起。
LED伏安特性的溫度係數
我們知道LED是一個半導體二極體，它和所有二極體一樣具有一個伏安特性，也和所有的半導體二極體一樣，這個伏安特性有一個溫度特性。其特點就是當溫度上升的時候，伏安特性左移。圖4中畫出了LED的伏安特性的溫度特性。
圖4 LED伏安特性的溫度特性
假定對LED以Io恆流供電，在結溫為T1時，電壓為V1，而當結溫升高為T2時，整個伏安特性左移，電流Io不變，電壓變為V2。這兩個電壓差被溫度去除，就可以得到其溫度係數，以mV/oC表示。對於普通矽二極體，這個溫度係數大約為-2mV/oC。但是LED大多數不是用矽材料製成的，所以它的溫度係數也要另外去測定。幸好各家LED廠家的數據表中大多給出了它的溫度係數。例如對於Cree公司的XLamp7090XR-E大功率LED，其溫度係數為-4mV/oC。要比普通矽二極體大2倍。至於美國普瑞的陣列LED（BXRA）就給出了更為詳細的數據。
但是，他們給出的數據，其範圍也未免過於寬大，以至於失去了利用的價值。
如何具體測算LED的結溫
現在就以Cree公司的XLamp7090XR-E為例。來說明如何具體測算LED的結溫。要求已經把LED安裝到散熱器里，並且是採用恆流驅動器作為電源。同時要把連線到LED去的兩根線引出來。在通電以前就把電壓表連線到輸出端（LED的正極和負極），然後接通電源，趁LED還沒有熱起來之前，馬上讀出電壓表的讀數，也就是相當於V1的值，然後等至少1小時，等它已經達到熱平衡，再測一次，LED兩端的電壓，相當於V2。把這兩個值相減，得出其差值。再被4mV去除一下，就可以得出結溫了。實際上，LED多半為很多個串聯再並聯，這也不要緊，這時的電壓差值是由很多串聯的LED所共同貢獻，所以要把這個電壓差值除以所串聯的LED數目再去除以4mV，就可以得到其結溫。例如，LED是10串2並，第一次測得的電壓為33V，第二次熱平衡後測得的電壓為30V，電壓差為3V。這個數字先要除以所串聯的LED個數（10個），得到0.3V，再除以4mV，可以得到75度。假定開機前的環境溫度是 20度，那么這時候的結溫就應當是95度。
採用這種方法得出的結溫，肯定要比用熱電偶測量散熱器的溫度再來推算其結溫要準確很多。
從結溫來推測壽命好像應該很簡單，只要查一下圖1的曲線，就可以知道對應於95度結溫時的壽命就可以得到LED的壽命為2萬小時了。但是，這種方法用於室內的LED燈具還有一定的可信度，如果套用到室外的LED燈具，尤其是大功率LED路燈，那裡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。這是由於塵土、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氧樹脂的老化起很大作用，假如採用矽膠，可以有所改善。紫外線對螢光粉的老化也有一些壞作用，但不是很嚴重。
不過，這種方法用來相對比較兩種散熱器的散熱效果是比較有效的。很明顯，伏安特性左移越小的散熱器，其散熱效果就越好。。
