中心議題：

• LED的光衰
• 如何才能延長LED的壽命
• 如何具體測算LED的結溫

解決方案：

• 用電流節溫查表得出LED壽命
• 在LED溫度變化不大時測量電流

一切事物都有發生、發展和消亡的過程
，LED也不例外，是有一定壽命的。早期的LED隻是手電筒
、台燈這類的禮品，用的時間不長，壽命問題不突出。但是現在LED已經開始廣泛地用於室外和室內的照明之中，尤其是大功率的LED路燈

，其功率大、發熱高、工作時間長
，壽命問題就十分突出。過去認為LED壽命一定就是10萬小時的神話似乎徹底破滅了。那麼到底問題出在哪裏呢
？
假如不考慮電源和驅動的故障
，LED的壽命表現為它的光衰，也就是時間長了，亮度就越來越暗，直到最後熄滅。通常定義衰減30%的時間作為其壽命。

那麼LED的壽命能不能預測呢？這個問題無法簡單地回答
，需要從頭講起。

LED的光衰

大多數白色LED是由藍色LED照射黃色熒光粉而得到的。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。還有一個是熒光粉的光衰，熒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%的壽命隻有一萬多小時
，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。不過這些數據隻適合於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。

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。

zaizheliwomenbuzhunbeitaolunruheshejisanreqidewenti，ershiyaotaolunnayigesanreqidesanrexiaoguoxiangduibijiaohaodewenti。shijishang
，zheshiyigejiewendeceliangwenti，jiaruwomennenggouceliangrenheyizhongsanreqisuonengdadaodejiewen，namebudankeyibijiaogezhongsanreqidesanrexiaoguo
，erqiehainengzhidaocaiyongzhezhongsanreqiyihousuonengshixiandeLED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
，假如隻能測量散熱器外殼的溫度，那麼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），其中隻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(dao)散(san)熱(re)器(qi)各(ge)個(ge)熱(re)阻(zu)的(de)示(shi)意(yi)圖(tu)。其(qi)中(zhong)合(he)並(bing)了(le)很(hen)多(duo)熱(re)阻(zu)，使(shi)得(de)其(qi)精(jing)確(que)度(du)更(geng)加(jia)受(shou)到(dao)限(xian)製(zhi)。也(ye)就(jiu)是(shi)說(shuo)，要(yao)從(cong)測(ce)得(de)的(de)散(san)熱(re)器(qi)表(biao)麵(mian)溫(wen)度(du)來(lai)推(tui)測(ce)結(jie)溫(wen)的(de)精(jing)確(que)度(du)就(jiu)更(geng)差(cha)。

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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。那麼結溫和哪個電壓有關呢？這個關係又是怎麼樣的呢？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shi一yi個ge半ban導dao體ti二er極ji管guan，它ta和he所suo有you二er極ji管guan一yi樣yang具ju有you一yi個ge伏fu安an特te性xing，也ye和he所suo有you的de半ban導dao體ti二er極ji管guan一yi樣yang
，這zhe個ge伏fu安an特te性xing有you一yi個ge溫wen度du特te性xing。其qi特te點dian就jiu是shi當dang溫wen度du上shang升sheng的de時shi候hou，伏fu安an特te性xing左zuo移yi。圖tu4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恒流供電，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。對於普通矽二極管，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。要比普通矽二極管大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。不管怎樣，隻要知道LED的溫度係數就很容易可以從測量LED的前向電壓中推算出LED的結溫了。

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安裝到散熱器裏，並且是采用恒流驅動器作為電源。同時要把連接到LED去的兩根線引出來。在通電以前就把電壓表連接到輸出端（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。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，那麼這時候的結溫就應當是95度。

采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。

如何來預測這個燈具的壽命

從結溫來推測壽命好像應該很簡單
，隻要查一下圖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，如果應用到室外的LED燈具
，尤其是大功率LED路燈，那裏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de壽shou命ming降jiang低di。紫zi外wai線xian主zhu要yao是shi對dui封feng裝zhuang的de環huan氧yang樹shu脂zhi的de老lao化hua起qi很hen大da作zuo用yong，假jia如ru采cai用yong矽gui膠jiao，可ke以yi有you所suo改gai善shan。紫zi外wai線xian對dui熒ying光guang粉fen的de老lao化hua也ye有you一yi些xie壞huai作zuo用yong，但dan不bu是shi很hen嚴yan重zhong。

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，zhezhongfangfayonglaixiangduibijiaoliangzhongsanreqidesanrexiaoguoshibijiaoyouxiaode。henmingxian
，fuantexingzuoyiyuexiaodesanreqi，qisanrexiaoguojiuyuehao。lingwai，duiyuyuceshineiLED燈具的壽命也還是有一定的準確度的。