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。

在(zai)這(zhe)裏(li)我(wo)們(men)不(bu)準(zhun)備(bei)討(tao)論(lun)如(ru)何(he)設(she)計(ji)散(san)熱(re)器(qi)的(de)問(wen)題(ti)，而(er)是(shi)要(yao)討(tao)論(lun)哪(na)一(yi)個(ge)散(san)熱(re)器(qi)的(de)散(san)熱(re)效(xiao)果(guo)相(xiang)對(dui)比(bi)較(jiao)好(hao)的(de)問(wen)題(ti)。實(shi)際(ji)上(shang)，這(zhe)是(shi)一(yi)個(ge)結(jie)溫(wen)的(de)測(ce)量(liang)問(wen)題(ti)，假(jia)如(ru)我(wo)們(men)能(neng)夠(gou)測(ce)量(liang)任(ren)何(he)一(yi)種(zhong)散(san)熱(re)器(qi)所(suo)能(neng)達(da)到(dao)的(de)結(jie)溫(wen)，那(na)麼(me)不(bu)但(dan)可(ke)以(yi)比(bi)較(jiao)各(ge)種(zhong)散(san)熱(re)器(qi)的(de)散(san)熱(re)效(xiao)果(guo)，而(er)且(qie)還(hai)能(neng)知(zhi)道(dao)采(cai)用(yong)這(zhe)種(zhong)散(san)熱(re)器(qi)以(yi)後(hou)所(suo)能(neng)實(shi)現(xian)的(de)LED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LEDdaosanreqigegerezudeshiyitu。qizhonghebinglehenduorezu，shideqijingquedugengjiashoudaoxianzhi。yejiushishuo，yaocongcededesanreqibiaomianwendulaituicejiewendejingquedujiugengcha。

[page]
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LEDshiyigebandaotierjiguan，tahesuoyouerjiguanyiyangjuyouyigefuantexing，yehesuoyoudebandaotierjiguanyiyang

，zhegefuantexingyouyigewendutexing。qitedianjiushidangwendushangshengdeshihou，fuantexingzuoyi。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LEDdeshoumingjiangdi。ziwaixianzhuyaoshiduifengzhuangdehuanyangshuzhidelaohuaqihendazuoyong
，jiarucaiyongguijiao，keyiyousuogaishan。ziwaixianduiyingguangfendelaohuayeyouyixiehuaizuoyong，danbushihenyanzhong。

不(bu)過(guo)

，這(zhe)種(zhong)方(fang)法(fa)用(yong)來(lai)相(xiang)對(dui)比(bi)較(jiao)兩(liang)種(zhong)散(san)熱(re)器(qi)的(de)散(san)熱(re)效(xiao)果(guo)是(shi)比(bi)較(jiao)有(you)效(xiao)的(de)。很(hen)明(ming)顯(xian)，伏(fu)安(an)特(te)性(xing)左(zuo)移(yi)越(yue)小(xiao)的(de)散(san)熱(re)器(qi)，其(qi)散(san)熱(re)效(xiao)果(guo)就(jiu)越(yue)好(hao)。另(ling)外(wai)
，對(dui)於(yu)預(yu)測(ce)室(shi)內(nei)LED燈具的壽命也還是有一定的準確度的。