PN结温度高了19.4℃
栏目:行业新闻 发布时间:2019-05-31 15:33

  器件光效是指在规定的结温(例如Tj=25℃)时,每瓦电功率转换成输出(可见光)辐射光能两者的比。可用下式表示

  一般LED生产企业给出的器件光通量大多是Tj=25℃时的数值。给出的光效也同样如此。实际使用时,Tj一般不等于25℃。

  LED灯具是指用LED作光源的照明灯具。任何灯具一般包含:光源(灯泡或模组);镇流器或驱动电源模组;光管配光透镜(或反射腔等);散热装置或灯外壳等四个部分组成,对于LED灯具,这四个部分除光源外均对灯具的光效有贡献,且都是负贡献!下面分别加以说明:

  LED一般以LED器件厂给出的光效为准,例如一个LED的光效在Tj=25℃时,假设为100lm/w,则若用100个这样的LED器件组成的光源模块的光通量根据光的叠加律可得为100lm/w×100=10000lm,但光效仍为100lm/w;但它并不等于灯具的光效。

  (这里假设100个100lm/w的光源加上100w电功率,它发出的总光通量应为10000lm)。

  当供给LED光源模块上的电功率为100w时,由于驱动LED的开关电源或是AC/DC电流源等,自身要消耗电功率,也就是输入电功率较用于LED光源模块的电功率要高。它们两者的比值称为电源效率。假设此效率E=85%,则灯具输入电功率为:

  将此时的光效计入驱动电源转换效率时,光效从100lm/w下降为10000lm/117.65w85lm/w。下降:15%,这下降是电源驱动电路作的负贡献。

  一般的照明灯具,特别是LED这类窄光束光源,需要二次光学设计,以达到所需求的光分配的配光要求。例如LED射灯要求截光型蝙蝠翼型配光,通常在每个LED上加置椭圆形透镜,这样就会带来因透镜损失光能,于是就有一灯具的光学效率Light的问题,通常光学级透镜的透光率不超过0.9,即Light0.9.

  也就是说一个不加透镜的10000lm的光源,加透镜后就成为输出9000lm的光源,损失约10%的光能,此时,光源电源、二次光学透镜二个组成部分的光效为(3)=0.85×0.9=0.765

  也就是说100lm/w的光源,现在仅为76.5lm/w。二者负贡献达:23.5%。

  不仅电源效率,光学透镜效率的负贡献,LED灯具还有对LED光源不可或缺的热管理的效率,也就是散热器效率,通常LED灯具将PCB板、灯壳均用来作散热通道,实现热失散,对灯具有一系统热阻的设计问题。也就是好的散热系统,LED PN结上温度Tj与灯具环境温度Ta之间的温度梯度越小越好。灯具的系统热阻定义为:灯具外壳(或内部)平均温度与环境温度差与灯具功率之比。可表示为:Rthsystem=(Tscase-Ta)/Pin (单位:℃/w)

  假设LED的热阻为8℃/w,则一个LED上加1w电功率后,LED PN结上的温度Tj与LED底座散热底板之间温差为8℃,而LED基板与PCB(一般是铝PCB板)间热阻一般小于1.2℃/w,则Tj与PCB板之间温差为8℃+1.2℃=9.2℃,若灯光也为散热材料压铸(如铝合金),则铝合金的热阻一般仅0.2℃/w,为此灯壳到LED PN结的温差约为:(8+1.2+0.2)℃=9.4℃

  现在的问题是灯壳Tscase与灯周边环境温度Ta的温度差多少度?这就由灯具的系统热阻决定。假定用于热失散的灯壳接触环境空间的面积为A,此面积的大小决定两者的温差,仅当A时,灯壳面积与环境等温,但这是做不到的。韩国三星LED电子等公司,对他们的不同功率的LED器件,作光源时,给出散热器面积与Tj的关系曲线w功率的LED,要使Tj从100℃下降到80℃,散热器与空气接触面积要增加60cm2以上,由此可估算得,每增加60cm2/3.5w17cm2/w,就是说一个1w电功率的LED若用60cm2以上散热器时其结温将下降20℃。或者用灯具系统热阻Rthsystem来表示时,本例117.65w总功率按每w17.2cm2计,灯具散热器与空气接触面的面积大于等于17.2cm2/w×117.65w=2024cm2(约0.2m2)时,灯壳与环境温差20℃。灯具系统热阻Rthsystem即为:Rthsystem20℃/117.65w0.17℃/w 于是在对灯具施加电功率为117.65w时,在Ta=25℃时,灯壳上的温度应为: Tcase=Ta+Rthsystem×Pin

  与Tj=25℃相比,PN结温度高了19.4℃,也就是一个100lm的LED此时光通量

  此时灯具的光效为:72.6lm/w。仅为LED的光效的72.6%,而且也要设计正确才达到。

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