作者：茅于海
現(xiàn)在大家開端意識到，光衰是大功率LED路燈不能長期工作的重要原因，也開端熟悉到下降光衰的一個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)境治理中心對各種路燈的測試成果來看，仍然有大多數(shù)路燈的光衰是不能滿足應用請求的。1200小時亮燈后的光衰，最好的為8％，最差的為26％，均勻為14％。按照Cree公司的測試成果，結溫在105度時，14％光衰也應當要在工作了6000小時以后，可見大部分路燈的結溫在105度以上。
可能不少公司不會批準這樣的成果，由于他們認為他們的散熱器都是經(jīng)過精心設計的。實際情況可能也是如此，但是測試的成果也不容猜忌。標題出在哪里呢？
我認為，可能散熱器也不至于設計得這么差，而可能是由于有一些路燈是采用恒壓電源供電的成果。可是為什么采用恒壓電源供電會引起光衰呢？這聽上往似乎有點天方夜譚。但實際上的確有這么嚴重。讓我們來從頭說起吧！
圖1. Cree公司LED的結溫柔光衰壽命實驗成果
1．LED的伏安特征
我們都知道，LED是一個二極管，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有什么兩樣，但是最大的不同在于它的溫度特征。實在所有二極管的伏安特征都有溫度特征的標題，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。不過可能也會有人感到，整流二極管的正向電流也可能達到這樣大的數(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，那么結溫就會升得很高。
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-4mV/°C，要比一般的二極管大一倍。
3． 由結溫升高產(chǎn)生的標題
3.1 LED結溫升高以后首先帶來的是光輸出下降。
固然它的樣子和一般二極管沒有什么兩樣，但是最大的不同在于它的溫度特征。實在所有二極管的伏安特征都有溫度特征的標題，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。不過可能也會有人感到，整流二極管的正向電流也可能達到這樣大的數(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，那么結溫就會升得很高。
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-4mV/°C，要比一般的二極管大一倍。
3． 由結溫升高產(chǎn)生的標題
3.1 LED結溫升高以后首先帶來的是光輸出下降。
圖3. XLamp7090XR-E的相對光輸出隨結溫的升高而下降
3.2 結溫升高引起伏安特征的左移
由于伏安特征的溫度系數(shù)是負的，這意味著溫度升高，特征左移。例如，假定結溫升高50度，那么伏安特征就會左移200mV。
3． 采用恒壓電源供電會使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；結溫升高50度以后，伏安特征左移0.2V，那么相當于電源電壓升高到了3.5V，這時候，正向電流就會增加到600mA。
4． 采用恒壓電源供電會引起溫升增加的惡性循環(huán)
正向電流增加以后，由于電源電壓沒有變更，所以LED的輸進功率增加到3.3Vx0.6A=1.98W，
幾乎增加了一倍。但從圖3可以看出，結溫升高以后，光輸出會下降，這意味著更多的輸進功率轉(zhuǎn)換為熱能，也就是說假如這時候增加正向電流，它的光輸出并不隨著增加，反而下降。所以，這時的正向電流的增加只會引起結溫增加，而不會使光輸出增加。
所以，結溫增加以后，正向電流增加，結溫再增加，正向電流再增加，這就引起結溫升高的惡性循環(huán)。
結論：采用恒壓電源供電會使結溫升高，光衰加大，壽命縮短。
所以，從前面的分析，可以得出這樣的結論：采用恒壓電源供電會使結溫升高，而結溫增加的成果就是光衰加大，壽命縮短。假定LED在常溫25度時開機，開機以后結溫就會升高，假定散熱器設計為溫升至75度，也就是結溫增加了50度，那么就會使得正向電流增加至600mA。總功率從1.155W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LED的發(fā)光效率為30％，也就是70％的輸進功率（0.8W）都轉(zhuǎn)換為熱能?，F(xiàn)在又多了一倍的熱能需要從散熱器散出往。顯然，這是本來的散熱器設計沒有考慮到的。這就使LED的結溫又升高50度，變成了125度。我們回到圖1來看光衰曲線，125度的光衰為14％的壽命也就差未幾為1200小時，那么也就可以說明為什么一個精心設計的散熱器，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！結溫也就不會惡性循環(huán)了！
