作者：茅于海
現(xiàn)在大家開(kāi)端意識(shí)到，光衰是大功率LED路燈不能長(zhǎng)期工作的重要原因，也開(kāi)端熟悉到下降光衰的一個(gè)重要方法就是改良其散熱。盡管如此，從這次深圳市燈光環(huán)境治理中心對(duì)各種路燈的測(cè)試成果來(lái)看，仍然有大多數(shù)路燈的光衰是不能滿足應(yīng)用請(qǐng)求的。1200小時(shí)亮燈后的光衰，最好的為8％，最差的為26％，均勻?yàn)?4％。按照Cree公司的測(cè)試成果，結(jié)溫在105度時(shí)，14％光衰也應(yīng)當(dāng)要在工作了6000小時(shí)以后，可見(jiàn)大部分路燈的結(jié)溫在105度以上。
可能不少公司不會(huì)批準(zhǔn)這樣的成果，由于他們認(rèn)為他們的散熱器都是經(jīng)過(guò)精心設(shè)計(jì)的。實(shí)際情況可能也是如此，但是測(cè)試的成果也不容猜忌。標(biāo)題出在哪里呢？
我認(rèn)為，可能散熱器也不至于設(shè)計(jì)得這么差，而可能是由于有一些路燈是采用恒壓電源供電的成果?？墒菫槭裁床捎煤銐弘娫垂╇姇?huì)引起光衰呢？這聽(tīng)上往似乎有點(diǎn)天方夜譚。但實(shí)際上的確有這么嚴(yán)重。讓我們來(lái)從頭說(shuō)起吧！
圖1. Cree公司LED的結(jié)溫柔光衰壽命實(shí)驗(yàn)成果
1．LED的伏安特征
我們都知道，LED是一個(gè)二極管，而二極管最重要的電特征就是它的伏安特征。圖2中給出了Cree公司的XLamp7090XR-E的伏安特征。
圖2. XLamp7090XR-E的伏安特征
2．LED伏安特征的溫度特征
固然它的樣子和一般二極管沒(méi)有什么兩樣，但是最大的不同在于它的溫度特征。實(shí)在所有二極管的伏安特征都有溫度特征的標(biāo)題，可是就是LED是需要特別加以留心的。這是由于：
2.1 大功率LED的工作電流比擬大，1W為0.35A，3-5W為0.7A，20W為1.05A，30W為1.75A，50W為3.5A。不過(guò)可能也會(huì)有人感到，整流二極管的正向電流也可能達(dá)到這樣大的數(shù)值的。
2.2 LED由于目前的發(fā)光效率還是比擬低，所以大部分的輸進(jìn)電功率都是轉(zhuǎn)化為熱，所以它的發(fā)熱很高，假如散熱器做得不好，那么結(jié)溫就會(huì)升得很高。
2.3 LED不同于整流二極管，它不是采用一般的硅材料做成的，而是采用特別的材料（例如氮化鎵）制成。所以它的伏安特征的溫度特征也不同于一般二極管，而是要明顯大于一般二極管。例如一般二極管的伏安特征的溫度特征為-2mV/°C，但是Cree公司的XLamp7090XR-E的伏安特征的溫度特征卻高達(dá)-4mV/°C，要比一般的二極管大一倍。
3． 由結(jié)溫升高產(chǎn)生的標(biāo)題
3.1 LED結(jié)溫升高以后首先帶來(lái)的是光輸出下降。
固然它的樣子和一般二極管沒(méi)有什么兩樣，但是最大的不同在于它的溫度特征。實(shí)在所有二極管的伏安特征都有溫度特征的標(biāo)題，可是就是LED是需要特別加以留心的。這是由于：
2.1 大功率LED的工作電流比擬大，1W為0.35A，3-5W為0.7A，20W為1.05A，30W為1.75A，50W為3.5A。不過(guò)可能也會(huì)有人感到，整流二極管的正向電流也可能達(dá)到這樣大的數(shù)值的。
2.2 LED由于目前的發(fā)光效率還是比擬低，所以大部分的輸進(jìn)電功率都是轉(zhuǎn)化為熱，所以它的發(fā)熱很高，假如散熱器做得不好，那么結(jié)溫就會(huì)升得很高。
2.3 LED不同于整流二極管，它不是采用一般的硅材料做成的，而是采用特別的材料（例如氮化鎵）制成。所以它的伏安特征的溫度特征也不同于一般二極管，而是要明顯大于一般二極管。例如一般二極管的伏安特征的溫度特征為-2mV/°C，但是Cree公司的XLamp7090XR-E的伏安特征的溫度特征卻高達(dá)-4mV/°C，要比一般的二極管大一倍。
3． 由結(jié)溫升高產(chǎn)生的標(biāo)題
3.1 LED結(jié)溫升高以后首先帶來(lái)的是光輸出下降。
圖3. XLamp7090XR-E的相對(duì)光輸出隨結(jié)溫的升高而下降
3.2 結(jié)溫升高引起伏安特征的左移
由于伏安特征的溫度系數(shù)是負(fù)的，這意味著溫度升高，特征左移。例如，假定結(jié)溫升高50度，那么伏安特征就會(huì)左移200mV。
3． 采用恒壓電源供電會(huì)使LED正向電流隨溫升的增加而增加。
由于電源電壓是恒定的，而伏安特征卻左移了，其成果就是正向電流增加。從圖2的伏安特征可以看出，假如常溫下用3.3V的恒壓電源供電，其正向電流為350mA；結(jié)溫升高50度以后，伏安特征左移0.2V，那么相當(dāng)于電源電壓升高到了3.5V，這時(shí)候，正向電流就會(huì)增加到600mA。
4． 采用恒壓電源供電會(huì)引起溫升增加的惡性循環(huán)
正向電流增加以后，由于電源電壓沒(méi)有變更，所以LED的輸進(jìn)功率增加到3.3Vx0.6A=1.98W，
幾乎增加了一倍。但從圖3可以看出，結(jié)溫升高以后，光輸出會(huì)下降，這意味著更多的輸進(jìn)功率轉(zhuǎn)換為熱能，也就是說(shuō)假如這時(shí)候增加正向電流，它的光輸出并不隨著增加，反而下降。所以，這時(shí)的正向電流的增加只會(huì)引起結(jié)溫增加，而不會(huì)使光輸出增加。
所以，結(jié)溫增加以后，正向電流增加，結(jié)溫再增加，正向電流再增加，這就引起結(jié)溫升高的惡性循環(huán)。
結(jié)論：采用恒壓電源供電會(huì)使結(jié)溫升高，光衰加大，壽命縮短。
所以，從前面的分析，可以得出這樣的結(jié)論：采用恒壓電源供電會(huì)使結(jié)溫升高，而結(jié)溫增加的成果就是光衰加大，壽命縮短。假定LED在常溫25度時(shí)開(kāi)機(jī)，開(kāi)機(jī)以后結(jié)溫就會(huì)升高，假定散熱器設(shè)計(jì)為溫升至75度，也就是結(jié)溫增加了50度，那么就會(huì)使得正向電流增加至600mA?？偣β蕪?.155W增加到1.98W，增加了0.825W。而這部分所增加的功率幾乎全部轉(zhuǎn)換為熱量。假定本來(lái)LED的發(fā)光效率為30％，也就是70％的輸進(jìn)功率（0.8W）都轉(zhuǎn)換為熱能。現(xiàn)在又多了一倍的熱能需要從散熱器散出往。顯然，這是本來(lái)的散熱器設(shè)計(jì)沒(méi)有考慮到的。這就使LED的結(jié)溫又升高50度，變成了125度。我們回到圖1來(lái)看光衰曲線，125度的光衰為14％的壽命也就差未幾為1200小時(shí)，那么也就可以說(shuō)明為什么一個(gè)精心設(shè)計(jì)的散熱器，假如采用恒壓電源供電，其成果仍然是光衰很大，壽命很短了！
所以，給LED供電，必定要采用恒流電源供電，電流恒定以后，不管溫度怎么變更，伏安特征如何左移，電流都不變！結(jié)溫也就不會(huì)惡性循環(huán)了！
