云知光学堂译介社

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《LED Academy》译介序：这份资料一共分为7个章节，分别是：

第一章：LED基础

第二章：LED光学

第三章：LED热学

第四章：LED控制

第五章：LED优势

第六章：LED应用

第七章：LED战略

这7个章节由7位译介社成员分别领取任务进行翻译，然后统稿审校整体发布。至于是哪7位，暂时不剧透，请往下慢慢看，自有分晓。（温馨提示：「译介社」栏目本系列文章每逢周二、周五、周日发布，敬请关注。回复“译介社”或“yjs”即可查阅本系列文章。）



LED学院 Lesson 11：LED 控制 • 冷流明与热流明


4. LED 控制


4.1 冷流明与热流明


LED发出的光通量与正向电流的大小紧密相关，一般产品手册中列出的光通量都是指在额定正向电流If （例如350mA）下的额定光通量。达到额定光通量所需要的输入功率可以用 P＝If×Vf 来计算。其中Vf是LED在额定电流If时的正向电压。


LED的发光效能(后面简称“光效”)以光通量与输入功率的比值来表达。但是，这些额定电流和电压都是LED发光层Tj为25℃时的数值，这也就是我们所称的冷流明。在实际的灯具中，LED的结温会因为LED芯片能量转换时的热消耗而明显上升。最高的结温Tj按不同的LED种类一般在130℃到150℃。结温越高对LED芯片的损耗越大。


如图4.1.1所示，LED的光通量随着结温的升高而降低。所以在实际应用中，LED的结温越低越好。我们所指的热流明是指LED在达到稳定工作时的结温（70-120℃）状态下所发出的光通量。


图4.1.1  相对光通量与结温的函数关系曲线图


另一方面，结温越高LED芯片的内阻越小，光效越高。我们一般用“电压的温度系数VT”来表示这样的降低，即mV/℃。


LED灯具中最常见的是被动式散热系统，做这种系统设计时必须考虑几项主要因素比如LED光源的布局、灯具材质的属性、散热片的形状及表面处理，以及下文中描述的其它因素。


图4.1.2  Cree XP-E HEW的各项特性


Thermal Resistance，junction to solder point

焊点处热阻


Viewing Angel（DWHM）- white

发光角度（白光）


Temperature coefficient of voltage

电压的温度系数


ESD classification（HBM per Mil-Std-883D）

静电放电等级（HBM per Mil-Std-883D）


DC Forward Current

正向电流


Reverse Voltage

反向电压


Froward Voltage（for 350 mA）

正向电压（350 mA）


Froward Voltage（for 700 mA）

正向电压（700 mA）


Froward Voltage（for 1000 mA）

正向电压（1000 mA）


LED Junction Temperature

LED结温


由图4.1.1，我们可以发现当结温为25℃时，该LED发出100%的相对光通量；而当结温升高至150℃时，相对光通量则降低至70%。


根据方程式：


光效 ＝ Tj对应的相对光通量/[(Vf ＋ ΔV)×If ]


其中ΔV ＝ (Tj — 25) × VT


(注：Tj为结温，Vf为额定电压，ΔV为电压变量，If 为额定电流，VT为电压的温度系数)


我们能够计算LED Cree XP-E HEW在结温25℃对应相对光通量为114 lm情况下的光效，通过额定正向电流350 mA（图4.1.2）进行如下偏置：


ΔV ＝ (25 － 25) × (-0.003) ＝ 0 V


那么：


在If ＝ 350 mA, Tj ＝ 25 °C的情况下，


光效 ＝ 114/[(3 ＋ 0)×0.35]＝108.57 lm/W


现在计算LED在结温150℃下的光效，通过同样电流进行偏置（根据图4.1.1，结温150℃对应相对光通为79.8 lm）：


ΔV ＝ (150 － 25) × (-0.003) ＝ -0.375 V


那么：


在If ＝ 350 mA, Tj ＝ 150℃的情况下，


光效 ＝ 79.8/[( 3－0.375)×0.35]＝86.86 lm/W


通过比较两者我们可以发现，当结温上升时功耗会略有下降，但是光通量会有更明显的下降。在功率和光通量两者的共同作用下，光效会随着结温的上升而下降。


在实际应用中，一般结温总是高于25℃，因而”冷流明”数据虽然好看，但并不能代表LED的性能。实际LED的光效总是低于基于冷流明计算的光效，并且会受环境温度的影响，所以在做灯具设计的时候我们必须要考虑热流明。


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译者：魏敏晨（云知光学堂译介社成员）

来源：照明微课堂（微信ID：eLicht）

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