了解电源 LED 的使用寿命额定值

时间:2024-08-01
  电源 LED
  功率 LED 的光输出在刚出厂时,但会随着时间的推移逐渐下降。通常认为功率 LED 的使用寿命是 LED 达到其 70% 光输出(称为L70)所需的工作时间。
  有多种因素会影响 LED 寿命。其中一些是:
  半导体和光学系统的化学组成
  led晶粒结构
  实施磷化剂转换
  设备机械结构
  使用的材料
  器件的热性能
  LED制造过程的一致性和质量。
  这些因素的结合可能会导致 LED 寿命出现巨大差异。LED 的典型寿命为 30,000 小时至 100,000 小时,因此制造商不可能对如此长的 LED 进行真正的测试,这需要多年的测试。

  2008 年,北美照明工程学会 (IESNA) 定义了一个标准来测量 LED 在短时间内光输出的减少 (IESNA LM-80 ),并制定了一个数学模型来根据测量数据估算预期寿命 (IESNA TM-21 )。

  led Lumileds LUXEON 3030 2D 的 LM-80 数据和 TM-21 投影图
  图 7 – LED Lumileds LUXEON 3030 2D 的 LM-80 数据和 TM-21 投影图
  使用 LM-80 可监测光输出至少 6000 小时,间隔为 1000 小时,并在三种不同温度下重复测量。收集的数据通过 TM-21 模型进行处理,以进行寿命推断,并可将其绘制成图表。
  光通量:测量光输出
  简单地说,任何一秒钟内从光源流出的可见光的总量称为光通量,其单位是流明。

  LED 是一种输出光与驱动电流有关的器件。大功率 LED 制造商通常会在数据表中标明额定电流下的光通量,并提供图表来显示光通量如何随电流变化。

  LED OSRAM DURIS E 2835 的通量分级表和归一化光通量图
  图 8 – LED OSRAM DURIS E 2835 的通量分类表和归一化光通量图
  通常,制造商会为每个 LED 提供一些光通量选择,称为通量 BIN,因此当您订购 LED 时,您可以指定与所需光通量相关的代码。还提供了一个图表,其中光通量被标准化为通量 BIN 表中指示的光通量,并绘制了通量如何随 LED 电流的变化。
  通过这种方式,设计人员可以轻松计算出由特定电流驱动并选择特定通量 BIN 的 LED 流出的光通量。提供的通量 BIN 值和通量与电流的关系图是在 Tj=25°C 下提供的。

  由于光通量也是温度的函数,制造商提供了一个图表来显示相对光通量如何随温度下降:

  欧司朗 DURIS E 2835 灯珠的标准化光通量与结温
  图 9 – OSRAM DURIS E 2835 LED 的标准化光通量与结温
  使用上图,设计人员可以在应用中对 Tj=25°C 计算的光通量应用校正系数,以便计算应用中真正预期的温度的光通量。
  发光效率:电光转换
  LED 本质上可以被视为一种能够将电能转换为光能的设备。

  在这个转换过程中,由于加热,也会有一些损失,因此只有一部分电能转化为光发射。

  LED 中电能到光能转换的表示
  图 10 – LED 中电能到光能转换的表示
  表示输入到输出转换效率的参数称为发光效率。
  计算方法如下:
  $$Eff = \frac{\Phi _{LED}}{P_{LED}} \left [ \frac{lm}{W} \right ]$$
  在哪里:
  Φ LED为 LED 计算的输出光通量
  P LED  = V LED  I LED是提供给 LED 的输入功率
  发光效率被视为功率型LED性能的指标,因此LED制造商不断致力于提高发光效率。
  如今,同类功率 LED 的发光效率约为 200lm/W。
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