学文网文章编号：1006-6268（2008）09-0053-05
摘要：目前LED已经在照明市场上占据了相当的份额。今后将有更多的LED应用产品问世。因此，我们对LED产品的功率使用也提出了更多的要求和限制。LED功率在实际应用和实验室测量有许多差异。这为设计LED应用产品带来了困难。根据实际使用情况，本文分析了影响LED功率的几个因素，如光效、温度、驱动电流，并介绍了过耗使用和低耗使用LED的例子。对于今后LED应用产品的设计思路，文中简单地介绍了易耗型、高稳定型和功能型LED产品的特点和应用领域，并就设计LED应用产品时应考量的几个综合成本因素作了一定的讨论。
关键词：功率；过耗；低耗；光衰；稳定性；发光二极管；散热
中***分类号：TN312+.8 文献标识码：B
A Study on the Ｕse of LED Power Requirements
HUANG Fei-peng
(Xiamen Diphanite Lighting & Optic.,Ltd, Xiamen 361009,China)
Abstract: Now, LED lighting has occupied a considerable market. In the future, there will be more LED applications available. Therefore, more and more demands and constraints of the LED product's power are made. LED power has many differences between the practical application and laboratory measurements. It brought difficulties for the design of LED products. According to actual use, this article analyzed the impact factors of the power LED, such as luminous efficiency, temperature, current. It also introduced the example of overload and low load of LED products. To the design of LED applications, this article briefly introduced the Consumable type, stability type and function type of LED product, and their features, applications. It discuss es how to consider about several factors integrated in the design of LED applications.
Keywords: power；overload；low load；optical attenuation effect；stability；LED；thermal scatter
目前，LED已广泛应用到各个领域，如景观灯、射灯、发光广告牌、草坪灯、路灯和交通灯等等。随着世界能源的短缺，节能减排呼声的不断高涨，LED将应用到更多的领域。从0.001W的指示灯LED，发展到0.1W的食人鱼LED管，到现在1W、3W甚至更高功率的LED管（或称之为超高亮LED），封装模式不断变化，驱动模式也随之改变。从原来的20mA到大功率的350mA，LED在不同的应用模式下，其功率使用范围也不同。
在实际应用中，LED的功率特性往往和实验室中测量的结果有出入，其原因在于实际使用的环境更为复杂，有更多人为的外界因素影响LED的实际功率。因此从实际使用入手，分析LED功率的影响因素，对如何设计LED应用产品有很大的帮助。本文就几种常见的LED管，谈谈应用产品对LED的功率使用要求。
1LED管的分类和使用情况
LED芯片可按功率大小分为小功率芯片和大功率芯片。一般情况下，额定功率在1W以上的称之为大功率。
小功率芯片的额定驱动电流为20mA，但实际使用时，往往在16mA时最为稳定。直插式LED（如草帽式或钢盔式）亮度可达20,000mcd。
小功率LED管多用于显示屏、景观灯、气氛渲染灯具和室内微型灯具等。由于光效不高，实际使用中需要许多颗LED集成安装在同一个灯具上，如LED彩色护栏管，需要200~300颗LED管。其整体热量并不是很高，但由于其稳定性、电参数等方面参差不齐，故很容易形成单颗LED损坏、继而影响电路中其他的LED管正常工作，最终造成多颗LED损坏的后果。
大功率LED管目前用于景观灯和一些常规光源的取代，如LED路灯、隧道灯和LED射灯等。目前Cree的X-Lamp R2产品的光效可达到110 lm/W。大功率LED发热量大，发热区域集中，因此往往需加上散热装置，如散热片和热管、采用金属基板等等。
2LED的功率使用分析
LED的光通量与其驱动电流大小有关。不同的芯片和封装工艺导致其电流与功率关系不一致。总的来说，小功率LED管的功率曲线多呈非线性攀升，大功率LED管的功率曲线多呈线性攀升。
2.1功率曲线
***1 小功率ＬＥＤ"电流-光强"曲线
***2 大功率ＬＥＤ"电流-光强"曲线
***1为国内同等级的小功率LED"电流-光强"曲线***；***2为大功率LED的"电流-光通"曲线***。A曲线代表品质较好、芯片尺寸较大的LED管，C曲线则是相对较差的LED管。品质越好的LED管，其光通和驱动电流的关系越呈线性关系；同时在其驱动电流超过额定电流1~2倍时还可以正常工作，并且其光通呈一定的攀升。
2.2温度与光衰曲线
LED管在温度持续超过一定温度时，其内部结构将产生改变，导致其产生光衰。小功率LED因其封装方式采用环氧树脂包围支架的方式，其散热一直无法攻克。而大功率LED多采用衬底直接接触金属基板的方式，大大改善了散热，使得使用大尺寸的LED芯片成为可能。但由于其功率提高，温度的提升也越快。大功率LED在点亮的瞬间，其结温在0.1S以内即可达到80℃以上的热平衡点。
***3 实验室测得的"温度-光效"曲线
***3为国内某大功率LED产品在实验室中测量的"温度-光效"曲线。LED管的T壳在超过55℃的时候，光效开始下降，同时发热量增高，在80℃时趋向和缓。
***4 实际应用中的"温度-光效"曲线
在实际应用中，LED光效下降和发热，在温度上升时更为明显。由于光效下降，导致更多热量的产生，使得LED管温度继续上升，形成恶性循环。在LED路灯、射灯等产品的实际应用中，其"温度-光效"曲线如***4所示。可知其光效下降的速率比实验室中更快。
光衰的另一个重要值是在一个较高的温度（如T壳=100℃）的时候，其相对稳定的光效值。由于长期处于高温状态下，LED管内部结构发生改变，这时将达到另一个平衡状态，而光效在降低后将稳定在一个范围内。品质不同的LED管该光效值也不同。
如***5所示，某国内厂商的同一型号LED管，在温度更高时下光衰更快，这也是老化测试实验的理论基础。
2.3生产制造工艺所带来的限制
在实际生产制造中，选用不同厂商的LED芯片、采用不同的封装工艺，以及不同的产品集成散热设计，对LED产品的特性都有影响。以下几点是影响LED产品特性的主要因素：
***5 高温下光衰曲线
2.3.1采用的芯片尺寸
目前的LED芯片尺寸从3mil到10mil不等。在同一个额定功率的设计下，不同的芯片尺寸其功率曲线可能有较大的差异。
２.3.2采用的封装方式
各生产商所采用的封装工艺不尽相同，如正装和倒装、覆晶等技术。如Cree公司的X-Lamp系列LED管即采用正装方式,而Nichia公司的大功率LED管多采用倒装方式，其散热、电流参数特性不尽相同。
2.3.3烧结时温度和时间的控制
LED管在固晶时需进行烧结。该道工序在LED生产过程中属于较难控制的工序，其温度需保持在一定的范围。某些厂商的LED管成品还需要在包装前进行烘烤，以去除管内的水汽，提高其稳定性。
2.3.4预老化处理
目前有些LED生产厂商在LED应用产品出厂前，都根据经验进行一定的预老化处理，使LED提前光衰，其光效值下降到一个稳定的范围。虽然光效降低了，但是产品的稳定性提高了。
从LED应用实际情况上分析，以上各种工艺控制LED的使用效果都是相当重要的，对LED的品质提高起到很大的作用。
3LED低耗与过耗使用情况分析
3.1过耗使用
在实际应用中，LED应用产品厂商有时会采用这种驱动方式。如因食人鱼的封装模式相对于LAMP直插式较为稳定，可承受较高的温度而继续工作，因此将额定电流为20mA的食人鱼LED管，以50mA进行驱动，以提高其产品亮度。
在LED大功率产品中，也经常有原额定电流为350mA的LED管，实际上使用400mA甚至700～800mA驱动电流的情况。LED管在过耗使用时，产生大量热量，并且工作不稳定，易出故障。因此该类产品的使用寿命往往较短，其光衰期很少超过3，000hr。
由于其采用的LED部件成本低廉，故多出现在一些易耗、常替换的户外照明环境中。
3.2低耗使用
为了保证LED产品的稳定性和可靠性，部分LED应用产品厂商采用大尺寸芯片、低电流的驱动模式。例如对于直插式5mm的LED管，一般不提供20mA的额定电流，而是仅采用16mA的驱动电流；对于350mA的大功率LED管，如其驱动电流控制在200mA以下，其散热将大大降低，且工作状态相对稳定，光衰期可达到50，000hr以上。
该类型产品在成本上相对较高，然而由于光衰期长、光色系数稳定、热耗较小，在一切特殊场所亦有所采用。
4今后LED应用产品对功耗的要求
LED的应用领域日益扩大，随着光效的不断提高，今后除了在背光源、景观灯、交通信号灯和广告牌等应用领域外，LED在普通照明领域也将占据一定的市场份额。可以预见，未来照明市场对LED应用产品的需求是多样化的，同时也对LED管的功率使用带来了不同的要求。下面就普通照明领域，简单分析三种类型的产品设计思路。
4.1易耗型产品
指使用寿命较短、工作时间间隔较大的产品，如LED射灯。一般LED射灯因其眩光效果，不适合大面积照明，因此属于辅助照明。其照明时间不及主要照明产品长，其光色和亮度的要求相对也较低。这类产品在综合考虑成本之后，往往采用过耗型功率LED产品，最大限度地发挥LED芯片的效用。虽然其大大地缩减了使用寿命，光衰期较短，但较受低端市场青睐。
这类产品多用于低端LED射灯、路灯、日光灯、草坪灯等。
4.2高稳定型产品
指特别注重稳定性的产品，尤其对产品设计时的光色、亮度、光效、热量均有严格要求的产品。该类产品往往采用低耗型LED。在医疗场所、科研机构和高档场所等均需要此类产品。除了符合要求，该类产品还提高了对外界环境的适应性，可用于较宽电压范围、较大温差等。
4.省略。
转载请注明出处学文网 » 浅谈LED功率的使用要求