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熱/冷因數(shù)和LED效能的關(guān)系

發(fā)布時間:2010-06-07

中心議題:
  • LED冷/熱因數(shù)定義
  • LED冷/熱因數(shù)的影響
  • LED冷/熱因數(shù)的改進(jìn)
解決方案:
  • 較高的節(jié)溫度限制LED的光通
  • 在外延水平、熒光粉、模具附件方面改進(jìn)

相比于傳統(tǒng)的燈泡,LED可顯著降低照明用電的消耗,并提高照明系統(tǒng)的效能。雖然其優(yōu)勢是顯著的,但有一個不利因素:在同樣的驅(qū)動電流下,結(jié)溫增加會導(dǎo)致光輸出下降,這一變化造成了光輸出和效率的一并下降。節(jié)能是LED賣點(diǎn)與技術(shù)的關(guān)鍵結(jié)合之一。

為了彌補(bǔ)這一現(xiàn)象,設(shè)計人員經(jīng)常采取用低電流驅(qū)動更多LED的方法來保持一個合理的結(jié)溫。多個LED的使用有可能消耗額外的功率,增加系統(tǒng)成本。但是,像lED的熱/冷因數(shù)可以減少影響并提高系統(tǒng)的性能。

什么是冷/熱因數(shù)

這一術(shù)語將結(jié)溫描述為光輸出降低的函數(shù),業(yè)界并沒有為在該因素加以界定標(biāo)準(zhǔn)。較低的溫度始終是25℃(室溫),但較高的溫度可以是LED限定內(nèi)任何值。在本文中,我們定義熱/冷因數(shù)為光輸出在25℃和100℃時的比例。圖1顯示了標(biāo)準(zhǔn)光通量與散熱片溫度的關(guān)系。采用散熱片溫度相當(dāng)于在非常短的脈沖測試條件下的LED結(jié)溫。


圖1散熱片溫度和光通量的關(guān)系

在25℃時,標(biāo)準(zhǔn)光通量為1,在100℃時,為0.84,因此冷/熱因素是0.84。這意味著散熱片溫度為100℃時,LED將失去16%的光通。



冷/熱因數(shù)的影響

乍一看,16%的LED光通減少量影響可能不大。然而,當(dāng)考慮到一個照明裝置由多個LED組成時,這個問題就嚴(yán)重了。用10個LED組成的嵌筒燈同一個LED組成的手電筒比較,熱/冷因數(shù)的影響就顯現(xiàn)出來了。

對于一個普通的用戶而言,手電筒16lm的光輸出減少并沒有對其應(yīng)用產(chǎn)生嚴(yán)重影響。然而,160lm的光輸出減少對嵌筒燈則是影響巨大的,因此需要添加一個或更多的LED,以補(bǔ)償光線損失。這樣,嵌筒燈的整體功耗和成本會增加。能源之星對LED燈具發(fā)光效率有著嚴(yán)格的要求,這樣的光輸出減少使其很難達(dá)到這些要求。

改進(jìn)的冷/熱因數(shù)

最新的LED技術(shù)在外延水平、熒光粉、模具附件等方面都有進(jìn)展,熱/冷因數(shù)也相應(yīng)地得到了改善。
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目前,市場上的一些高功率LED的熱/冷因數(shù)為0.94。這意味著LED在100℃條件下工作時,將失去6%的標(biāo)準(zhǔn)光通。圖2給出了典型和改進(jìn)的熱/冷因數(shù)下的光輸出降低函數(shù)。


圖2改進(jìn)的熱/冷因數(shù)使得LED的亮度有了明顯的改進(jìn)

熱/冷因數(shù)的改善增加了LED的工作溫度范圍,讓照明設(shè)計師有機(jī)會在LED極限內(nèi)的任何結(jié)溫下工作。

性能比較

在許多情況下,很多LED供應(yīng)商提供的產(chǎn)品說明書中會給出很高的光輸出率。燈光設(shè)計師可能會過早斷定在數(shù)據(jù)表中有較高光輸出的LED將在現(xiàn)實世界中表現(xiàn)更好。但這可能是一個錯誤的結(jié)論,因為數(shù)據(jù)表中所有的值都限定在LED結(jié)溫為25℃的時候。照明系統(tǒng)中LED的性能必須在更高的結(jié)溫下評定。一旦這樣做了,才能按照真實條件的對比挑出更好的產(chǎn)品。

舉一個例子,對兩個暖白光LED進(jìn)行分析(見表2):LED1有一個改進(jìn)的熱/冷因數(shù),LED2則擁有一個典型的熱/冷因數(shù)。



在數(shù)據(jù)表描述的25℃結(jié)溫和350mA的前向電流下,LED2的性能比LED1要好。但是,更實際的比較將在更高的結(jié)溫下進(jìn)行(見表3)。


由于LED1的高熱/冷因數(shù),9個LED1的總光輸出比10個LED2高出50lm。盡管在25℃時,LED1的額定光通低于LED2,但在350mA的電流驅(qū)動下,其性能要超過LED2。圖3(左)顯示了LED1在任何前向電流的驅(qū)動下,都比LED2高出100mA。圖3(右)顯示了在同樣的電流驅(qū)動下,LED1的效能要高過LED2。

圖3  9個LED1和10個LED2的性能比較

因此,提高熱/冷因數(shù)能顯著提高運(yùn)行在更高結(jié)溫下的LED性能,可以用更少的LED獲得同樣的光輸出,以降低功耗和系統(tǒng)整體成本。為一個特定應(yīng)用選擇LED時候,重要的是要評估真實條件下的LED表現(xiàn),而不是只依靠數(shù)據(jù)表。

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