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led驱动采用恒流的原因
作者: 安特思    发表时间:2019/7/17 17:06:35    浏览量:1000
大家开始意识到,光衰是大功率led路灯不能长期工作的主要原因,也开始认识到降低光衰的一个重要方法就是改进其散热。尽管如此,从这次深圳市灯光环境管理中心对各种路灯的测试结果来看,仍然有大多数路灯的光衰是不能满足使用要求的。1200小时亮灯后的光衰,最好的为8%,最差的为26%,平均为14%。按照cree公司的测试结果,结温在105度时,14%光衰也应当要在工作了6000小时以后,可见大部分路灯的结温在105度以上。

图1. cree公司led的结温和光衰寿命试验结果

可能不少公司不会同意这样的结果,因为他们认为他们的散热器都是经过精心设计的。实际情况可能也是如此,但是测试的结果也不容怀疑。问题出在哪里呢?

我认为,可能散热器也不至于设计得这么差,而可能是因为有一些路灯是采用恒压电源供电的结果。

可是为什么采用恒压电源供电会引起光衰呢?这听上去好像有点天方夜谭。但实际上的确有这么严重。让我们来从头说起吧!

1.led的伏安特性

我们都知道,led是一个二极管,而二极管最重要的电特性就是它的伏安特性。图2中给出了cree公司的xlamp7090xr-e的伏安特性。

2.led伏安特性的温度特性

虽然它的样子和一般二极管没有什么两样,但是最大的不同在于它的温度特性。其实所有二极管的伏安特性都有温度特性的问题,可是就是led是需要特别加以注意的。这是因为:

2.1 大功率led的工作电流比较大,1w为0.35a,3-5w为0.7a,20w为1.05a,30w为1.75a,50w为3.5a。不过可能也会有人觉得,整流二极管的正向电流也可能达到这样大的数值的。

2.2   led因为目前的发光效率还是比较低,所以大部分的输入电功率都是转化为热,所以它的发热很高,假如散热器做得不好,那么结温就会升得很高。

2.3   led不同于整流二极管,它不是采用一般的硅材料做成的,而是采用特殊的材料(例如氮化镓)制成。所以它的伏安特性的温度特性也不同于一般二极管,而是要明显大于一般二极管。例如一般二极管的伏安特性的温度特性为-2mv/°c,但是cree公司的xlamp7090xr-e的伏安特性的温度特性却高达-4mv/°c,要比一般的二极管大一倍。

3.  由结温升高产生的问题

3.1 led结温升高以后首先带来的是光输出降低。

图3. xlamp7090xr-e的相对光输出随结温的升高而降低

3.2 结温升高引起伏安特性的左移

因为伏安特性的温度系数是负的,这意味着温度升高,特性左移。例如,假定结温升高50度,那么伏安特性就会左移200mv。

3.  采用恒压电源供电会使led正向电流随温升的增加而增加。

因为电源电压是恒定的,而伏安特性却左移了,其结果就是正向电流增加。从图2的伏安特性可以看出,假如常温下用3.3v的恒压电源供电,其正向电流为350ma;结温升高50度以后,伏安特性左移0.2v,那么相当于电源电压升高到了3.5v,这时候,正向电流就会增加到600ma。

4.  采用恒压电源供电会引起温升增加的恶性循环

正向电流增加以后,因为电源电压没有变化,所以led的输入功率增加到3.3vx0.6a=1.98w,

几乎增加了一倍。但从图3可以看出,结温升高以后,光输出会降低,这意味着更多的输入功率转换为热能,也就是说如果这时候增加正向电流,它的光输出并不随着增加,反而降低。所以,这时的正向电流的增加只会引起结温增加,而不会使光输出增加。

所以,结温增加以后à正向电流增加à结温再增加à正向电流再增加….

这就引起结温升高的恶性循环。

结论:采用恒压电源供电会使结温升高,光衰加大,寿命缩短 

所以,从前面的分析,可以得出这样的结论:采用恒压电源供电会使结温升高,而结温增加的结果就是光衰加大,寿命缩短。假定led在常温25度时开机,开机以后结温就会升高,假定散热器设计为温升至75度,也就是结温增加了50度,那么就会使得正向电流增加至600ma。总功率从1.155w增加到1.98w,增加了0.825w。而这部分所增加的功率几乎全部转换为热量。假定原来led的发光效率为30%,也就是70%的输入功率(0.8w)都转换为热能。现在又多了一倍的热能需要从散热器散出去。显然,这是原来的散热器设计没有考虑到的。这就使led的结温又升高50度,变成了125度。我们回到图1来看光衰曲线,125度的光衰为14%的寿命也就差不多为1200小时,那么也就可以解释为什么一个精心设计的散热器,如果采用恒压电源供电,其结果仍然是光衰很大,寿命很短了!

所以,给led供电,一定要采用恒流电源供电,电流恒定以后,不管温度怎么变化,伏安特性如何左移,电流都不变!结温也就不会恶性循环了!

 
 
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