LED光引擎的热光效解析

By | 2020年7月24日

  咱们都晓得LED是一种半导体发光器件,半导体是一种热敏器件,也就是说它关于温度长短常敏感的。或许说温度会间接影响它的功能以及参数。作为一个电-光转换器件它最首要的目标就是输出几何瓦的电功率,输入几何光通量(流明),咱们称之为光效(发光效率),这个目标代表了LED的最首要的品质目标。用户也就是依据他所需求的光通量(流明数)来选用瓦数最小的LED。

  但是尽管LED器件自身有一个光效,然而没有等于用户就可以间接享受这个光效,由于把这个LED器件组装成为灯具就会丧失一局部光效。咱们先没有思考光罩的透光率(假设为100%,实际上通常正在90%阁下),而次要来思考LED光源自身的光效。这类光效咱们也分为寒光效以及热光效两种。可能年夜少数人都没有会留意这两种光效的区分,以是咱们正在这里要先来探讨寒光效以及热光效成绩。

  1. 甚么是寒光效甚么是热光效

  简略地说寒光效就是正在LED光源处于室温(25C)时所测患上的光效,而热光效则是等LED光源热稳固当前所测患上的光效。详细来讲,咱们通常采纳积分球来测LED光源的光效,那末正在接通电源当前立即测所患上的光效就是寒光效(假设那时分的室温就是25度),这个“立即”约莫正在5秒之内。而热光效是至多要等半小时到3刻钟当前能力达到热均衡(或热稳固)。如今咱们通常说的光效都是寒光效,或许说通常咱们正在外壳上或外包装上表明的光效目标年夜少数都是寒光效。

  关于绝年夜少数用户来讲,他们关怀的实际上次要是热光效。由于LED照明都是会应用超越半小时的,遗憾的是,用户只晓得这个灯具的寒光效而没有晓得这个灯具的热光效,这正在某种意思上说,这是一种有意的瞒骗生产者的行为。

  不论怎么,我倡议,从此都应该以热光效作为光效目标,表明正在包装盒上。

  2. 寒光效以及热光效有多年夜的区分

  上面咱们就来看一下寒光效以及热光效到底有多年夜的区分。咱们为了深化理解各家无名品牌的LED的PAR灯的冷热光效的差异,特别到美国以及日本去采办了几种无名品牌LEDPAR灯来进行实际的测试,所患上的后果以下表所示:

  

  此中肇始值是接通电源后立即丈量,完毕值是指通过半小时期待当前的测试值。

  例如飞利浦公司的432195型球泡灯的输入流明,正在半小时后,从1860lm升高至1680lm,升高至92%。详细流明降落进程以下图所示。

  

  实际上半小时尚未齐全抵达稳固值,可能还需求三刻钟或一小时能力真正稳固。

  由上表可患上出以下论断:

  (1)一切各品牌LED灯具的光效肇始值以及完毕值都是没有同的。

  (2) 其差别最小为0.97,最年夜为0.86

  (3) 输出功率的差异其实是以及LED的热特点有关。

  (4) 光效的差异则次要是因为LED结温的降低而至。

  (5)结温降低是无奈防止的,由于LED自身效率只有40%阁下,其余都转化为热量,以是加电当前热量逐步添加,最初从室温升到热稳固值。但降低值的巨细是以及散热器的优劣无关的。散热器越好温升越低。以是,为了减小热光效以及寒光效的差异,应该尽可能地采纳好的散热器。

  3.LED光引擎的冷热光效

  咱们为何要特地钻研LED光引擎的冷热光效呢,这是由于光引擎有其非凡的地方。所谓光引擎实际上就是把LED电源也放到LED光源所正在的铝基板上,这样一来,LED电源所耗费的电能也都开释正在铝基板上,这就添加了铝基板所要分发的热量,也就会进步LED正在热稳固当前的结温。上面举一个例子来讲明,今朝市道市情上最多见的是一种无电解电容光引擎,它的电源效率通常只有85%阁下,这就象征着将会有15%的输出功率转换为热量而加到铝基板上。假设总的输出功率为10瓦,剩下的8.5W加到LED,假设LED自身的发光效率为40%,也就是只有3.4W的功率转变成有用光,另有5.1W的功率变为热。原本铝基板只需散这个5.1W的热量,如今要加之电源的15%也就是1.5W的热量,统共需求散去6.6W的热量,添加了29.4%的热量,靠近30%。而铝基板的热阻都不变动,功率加年夜就象征着温度降低,铝基板的温度降低,象征着正在同一个铝基板上的LED的环境温度降低,结温也跟着降低,其后果就是光效升高。

  4. LED光引擎寒光效以及热光效的实际测试后果

  咱们测试了一家深圳公司消费的60W无电解电容光引擎,和埃菲莱公司消费的60W有电解电容光引擎。两者的外形照片以下:

  

  深圳某公司无电解电容60W光引擎 埃菲莱公司有电解电容60W光引擎

  正在测试时采纳了一样的散热器,以避免由两者散热的没有同而影响测试的后果。这两种光引擎的总光通量随工夫的变动后果以下:

  

  深圳某公司的无电解电容光引擎光通量 埃菲莱的有电解电容光引擎光通量

  前者的总光通量从刚开机的5780lm,正在半小时当前降落到5120lm,约莫降落了11.4%,并且从降落趋向来看,还应该会随工夫进一步降落到5000lm。而埃菲莱公司的光引擎光通量从7233.8lm降落到6486.8lm。

  二者的输出功率变动曲线以下图所示:

  

  深圳某公司60W光引擎电功率变动 埃菲莱公司60W光引擎电功率变动

  深圳某公司的光引擎由于还采纳了功率弥补(见上图),它的输出功率正在30分钟内从57.81W回升到59.53W。以是它的光效是从100lm/W升高到86lm/W,升高了14%。假如采纳最初稳固后的热光通量为5000lm,它的最初光效只有84lm/W,降落了16%。而它的标称光效是100lm/W,假如从寒光效来看,仍是达到的,然而假如从热光效来看,那就差了16%。

  而埃菲莱光电公司的60W有电解电容光引擎,它的功率正在30分钟内从62.53W降落到60.354W(更靠近额外值60W),以是它的光效从一开端的115.68lm/W,降落到107.48lm/W,只降落了7.1%,以及普通灯具降落范畴差没有多。这相称于LED的结温从25度室温回升到设计的额外值85度阁下的结温而惹起的失常光效降落。这是由于埃菲莱公司的恒流源效率高达99%。以是把这么高效率的恒流源集成到铝基板上是没有会添加热稳固当前LED的结温的。以是寒光效以及热光效的差异仍是属于失常值的范畴。

  趁便说一下,咱们正在这里比拟的两种光引擎的差异也毫不是因为LED自身的光效没有同而惹起的,前者某公司的无电解电容光引擎所采纳的LED是很年夜的晶片3535,其面积为1225mil2,而阿谁埃菲莱的有电解电容的光引擎所采纳的LED是3518,其面积只有630mil2,相差高达595mil2,并且仍是前者为年夜。而埃菲莱的热光效的相对数值也是高达107.48lm/W,远比该公司的86lm/W要超出跨越25%之多。

  5.各类无电解电容光引擎的差异

  尽管咱们只测了某一家公司、某一种产物的冷热光效的区分。可能有人会提出这是以点代面,不敷片面的定见。如果从数据的精确水平来讲确实是这样,但是假如用数据的大抵后果来讲,这些后果是有很年夜代表性的。其实情理很简略,造成冷热光效的区分的次要缘由就是由于把低效率的恒流源集成到了以及光源正在一同的铝基板上,这样就造成为了LED的结温比不恒流源的结温要高,以是它的热光效就肯定低。关于开关电源来讲,它的效率是有可能达到95%的,可是因为开关电源元件多,体积年夜,是不成能集成到铝基板下来的。以是今朝一切集成到铝基板下来的都只能是线性电源。当然线性电源的品种也有很多,如今用患上最多的就是一种分段点亮的无电解电容光引擎,另有就是间接采纳恒流二极管的有电解或无电解电容的光引擎,然而不论是哪种线性电源,它的效率曲线都是齐全同样的,都是跟着市电电压的添加而直线升高,正在220Vac时都是正在85%阁下(见下图)。

  

  一切线性恒流源的效率

  而埃菲莱公司的恒流源尽管也是一种线性恒流源,然而因为采纳了自顺应智能调理技巧(埃菲莱的电源芯片称为AICS,就是“自顺应智能电流源”的缩写),使患上其效率高达99%(见下图)。

  

  埃菲莱恒流源的效率(蓝线为恒流源自身的效率,红线为包罗整流器的总效率)

  埃菲莱的光引擎为了去掉整流器的影响,通常把整流器以及一切维护元件放正在铝基板里面,正在铝基板上只无效率为99%的恒流源。以是它的冷热光效就能放弃以及不恒流源时同样。

  完结语

  从这里咱们患上出一个首要的论断,就是:只无效率极高的恒流源能力够集成到铝基板上做成光引擎,才没有至于由于恒流源的低效率进步LED的结温而升高其热光效。把效率低的恒流源集成到铝基板的后果是进步了LED的结温,从而升高了它的热光效,并且这类冷热光效的差异弘远于一般LED灯具的差异,下面例子中差异高达15%以上。

  以是咱们更应该要求一切应用光引擎的LED灯具消费厂家都应该把热光效表明正在产物的外包装上。以避免误导生产者。