- 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)
- 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(gè)不利因素：在同樣的驅(qū)動(dòng)電流下，結(jié)溫增加會(huì)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(jì)人員經(jīng)常采取用低電流驅(qū)動(dòng)更多LED的方法來保持一個(gè)合理的結(jié)溫。多個(gè)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(shí)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(shí)，標(biāo)準(zhǔn)光通量為1，在100℃時(shí)，為0.84，因此冷/熱因素是0.84。這意味著散熱片溫度為100℃時(shí)，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(gè)照明裝置由多個(gè)LED組成時(shí)，這個(gè)問題就嚴(yán)重了。用10個(gè)LED組成的嵌筒燈同一個(gè)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(gè)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(gè)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(huì)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(shí)，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(jì)師有機(jī)會(huì)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(huì)給出很高的光輸出率。燈光設(shè)計(jì)師可能會(huì)過早斷定在數(shù)據(jù)表中有較高光輸出的LED將在現(xiàn)實(shí)世界中表現(xiàn)更好。但這可能是一個(gè)錯(cuò)誤的結(jié)論，因?yàn)閿?shù)據(jù)表中所有的值都限定在LED結(jié)溫為25℃的時(shí)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(shí)條件的對比挑出更好的產(chǎn)品。
舉一個(gè)例子，對兩個(gè)暖白光LED進(jìn)行分析（見表2）：LED1有一個(gè)改進(jìn)的熱/冷因數(shù)，LED2則擁有一個(gè)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(shí)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(gè)LED1的總光輸出比10個(gè)LED2高出50lm。盡管在25℃時(shí)，LED1的額定光通低于LED2，但在350mA的電流驅(qū)動(dòng)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(dòng)下，都比LED2高出100mA。圖3（右）顯示了在同樣的電流驅(qū)動(dòng)下，LED1的效能要高過LED2。
圖3 9個(gè)LED1和10個(gè)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(gè)特定應(yīng)用選擇LED時(shí)候，重要的是要評估真實(shí)條件下的LED表現(xiàn)，而不是只依靠數(shù)據(jù)表。
