LED灯具结构分析
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美国Cree公司的光衰曲线就如图1所示。
从图中可以看出，LED的光衰是
和它的结温有关，所谓结温就是半 导体PN结的温度，结温越高越早
出现光衰，也就是寿命越短。从图 上可以看出，假如结温为105度， 亮度降至70%的寿命只有一万多 小时，95度就有2万小时，而结温 降低到75度，寿命就有5万小时， 65度时更可以延长至9万小时。所 以延长寿命的关键就是要降低结温。
4.2.1 LED的光衰
大多数白色LED是由蓝色LED照射黄色荧光 粉而得到的。引起LED光衰的主要原因有两个， 一个是蓝光LED本身的光衰，蓝光LED的光衰远 比红光、黄光、绿光LED要快。还有一个是荧光 粉的光衰，荧光粉在高温下的衰减十分严重。
各种品牌的LED它如
图1. Cree公司的LED的光衰曲线
当结温从115℃提 高到135℃，就会 使寿命从50,000 小时降低到 20,000小时。其 他各家公司的光衰 曲线应当可以向原 厂索取。
图2. Lumiled 公司的LuxeonK2的光衰曲线
4.2.2 延长寿命的关键：降低其结温
降低结温的关键就是要有好的散热器。能够及 时地把LED产生的热散发出去。
• （2）可靠寿命TR：指一批电子器件产品的可 靠度R（t）下降到γ时，所经历的工作时间。
TR ln
（3）中位寿命：指产品的可靠度R（t）将为 50%时的寿命。
T 0.5 ln0.5
• （4）特征寿命：指产品的可靠度R（t）降为 1/e时的寿命。
4.2、 LED寿命
假如不考虑电源和驱动的故障，LED的寿命表现 为它的光衰，也就是时间长了，亮度就越来越暗 ，直到最后熄灭。通常定义衰减30%的时间作为 其寿命。
4.3、 LED灯具寿命的依赖度
LED寿命可以达到100000小时 ？ 这只是水平较高LED的理论数据，是省略了一些
边界条件（即理想条件）下的数据，而LED在真 正使用时还有很多因素影响其寿命，主要有以下 4个因素： 1、芯片 2、封装 3、灯具设计 4、电源
4.3.1、芯片
图3给出了LED到散热器各个热阻的示意图 。其中合并了很多热阻，使得其精确度更加 受到限制。也就是说，要从测得的散热器表 面温度来推测结温的精确度就更差。
图3. LED到散热器各个热阻的示意图 但可以根据LED伏安特性间接推算结温
LED伏安特性的温度系数
我们知道LED是一个半导体二极管，它和所有二极管一样 具有一个伏安特性，这个伏安特性有一个温度特性。其特 点就是当温度上升的时候，伏安特性左移。图4中画出了 LED的伏安特性的温度特性。
LED在制造过程中，其它杂质离子的污染、晶格缺陷等 工艺过程都会影响LED的寿命，所以要采用高品质的 LED是首要条件；
4.3.2、封装
LED的后工艺封装是否合理也是影响LED灯具寿命的重 要因素之一。目前全球几大公司如cree、lumilends、 日亚等较高水平的LED封装都有专利保护，这些公司的 后工艺封装要求水平都比较高，LED的寿命因而就有所 保证。
外去测定。
• 图4. LED伏安特性的温度特性
如何具体测算LED的结温？
要求已经把LED安装到散热器里，并且是采用恒流驱动 器作为电源。同时要把连接到LED去的两根线引出来。 在通电以前就把电压表连接到输出端（LED的正极和负 极），然后接通电源，趁LED还没有热起来之前，马上 读出电压表的读数，也就是相当于V1的值，然后等至少 1小时，等它已经达到热平衡，再测一次，LED两端的 电压，相当于V2。把这两个值相减，得出其差值。再被 4mV去除一下，就可以得出结温了。实际上，LED多半 为很多个串联再并联，这也不要紧，这时的电压差值是 由很多串联的LED所共同贡献，所以要把这个电压差值 除以所串联的LED数目再去除以4mV，就可以得到其结 温。
•假定对LED以Io恒流供 电，在结温为T1时，电 压为V1，而当结温升高 为T2时，整个伏安特性 左移，电流Io不变，电压 变为V2。这两个电压差 被温度去除，就可以得到 其温度系数，以mV/ºC表 示。对于普通硅二极管，
这个温度系数大约为2mV/ºC。但是LED大多 数不是用硅材料制成的， 所以它的温度系数也要另
通常LED是焊接到铝基板，而铝基板又安装到 散热器上，假如只能测量散热器外壳的温度， 那么要推算结温就必须知道很多热阻的值。包 括Rjc（结到外壳），Rcm（外壳到铝基板，其 实其中还应当包括薄膜印制版的热阻），Rms （铝基板到散热器），Rsa（散热器到空气）， 其中只要有一个数据不准确就会影响测试的准 确度。
目前大多数企业的LED后工艺封装仿制较多，从外形 看还可以，但是工艺结构及工艺质量较差，严重影响 LED的寿命；
散热设计
最短的热传到路径，减小热传导阻力； 增大相互传导面积，增加热传到速度； 合理的计算设计散热面积； 有效的利用热容量效应。
4.3.3、灯具设计 灯具设计是否合理，这也是影响LED灯具寿命的关键问题。合理的
灯具设计在满足灯具其它指标之外，一个关键要求是要将LED点亮 时产生的热能散发出来，即就是采用cree等公司的优质LED原装品 ，使用在不同灯具上，LED的寿命可以相差几倍甚至几十倍。例如 现在市场上有集成光源灯具的销售（单颗30W、50W、100W）, 这些产品光源与散热通道接触部分散热不畅，结果导致有些产品在 点亮1～3个月就光衰50％以上，有些产品使用0.07W左右的小功 率管，由于没有合理的散热机构，导致光衰非常快，甚至有些城市 政策性推广，结果闹出一些笑话。这些产品技术含量低、造价低、 寿命短； 4.4.4、电源 灯具使用电源是否合理。LED是电流驱动器件，若电源电流波动较 大，或者电源尖脉冲出现频率较高，都会影响LED光源的寿命。电 源本身的寿命主要取决于电源设计是否合理，在电源设计合理前提 下，电源的寿命就取决于元器件的寿命。
四、LED灯具寿命与信赖度
4.1、电子器件的寿命
在某一个特定电子器件个体发生失效之前 ，难以标明其确切的寿命值，但明确了某 一批电子器件产品的失效率λ（t）特征后 ，就可以得到表征其可靠性的若干寿命特 征量，如平均寿命、可靠寿命、中位寿命 、特征寿命等
（1）平均寿命μ：指一批电子器件产品寿命 的平均值。 μ MTTF 1 λ
从图中可以看出，LED的光衰是
和它的结温有关，所谓结温就是半 导体PN结的温度，结温越高越早
出现光衰，也就是寿命越短。从图 上可以看出，假如结温为105度， 亮度降至70%的寿命只有一万多 小时，95度就有2万小时，而结温 降低到75度，寿命就有5万小时， 65度时更可以延长至9万小时。所 以延长寿命的关键就是要降低结温。
4.2.1 LED的光衰
大多数白色LED是由蓝色LED照射黄色荧光 粉而得到的。引起LED光衰的主要原因有两个， 一个是蓝光LED本身的光衰，蓝光LED的光衰远 比红光、黄光、绿光LED要快。还有一个是荧光 粉的光衰，荧光粉在高温下的衰减十分严重。
各种品牌的LED它如
图1. Cree公司的LED的光衰曲线
当结温从115℃提 高到135℃，就会 使寿命从50,000 小时降低到 20,000小时。其 他各家公司的光衰 曲线应当可以向原 厂索取。
图2. Lumiled 公司的LuxeonK2的光衰曲线
4.2.2 延长寿命的关键：降低其结温
降低结温的关键就是要有好的散热器。能够及 时地把LED产生的热散发出去。
• （2）可靠寿命TR：指一批电子器件产品的可 靠度R（t）下降到γ时，所经历的工作时间。
TR ln
（3）中位寿命：指产品的可靠度R（t）将为 50%时的寿命。
T 0.5 ln0.5
• （4）特征寿命：指产品的可靠度R（t）降为 1/e时的寿命。
4.2、 LED寿命
假如不考虑电源和驱动的故障，LED的寿命表现 为它的光衰，也就是时间长了，亮度就越来越暗 ，直到最后熄灭。通常定义衰减30%的时间作为 其寿命。
4.3、 LED灯具寿命的依赖度
LED寿命可以达到100000小时 ？ 这只是水平较高LED的理论数据，是省略了一些
边界条件（即理想条件）下的数据，而LED在真 正使用时还有很多因素影响其寿命，主要有以下 4个因素： 1、芯片 2、封装 3、灯具设计 4、电源
4.3.1、芯片
图3给出了LED到散热器各个热阻的示意图 。其中合并了很多热阻，使得其精确度更加 受到限制。也就是说，要从测得的散热器表 面温度来推测结温的精确度就更差。
图3. LED到散热器各个热阻的示意图 但可以根据LED伏安特性间接推算结温
LED伏安特性的温度系数
我们知道LED是一个半导体二极管，它和所有二极管一样 具有一个伏安特性，这个伏安特性有一个温度特性。其特 点就是当温度上升的时候，伏安特性左移。图4中画出了 LED的伏安特性的温度特性。
LED在制造过程中，其它杂质离子的污染、晶格缺陷等 工艺过程都会影响LED的寿命，所以要采用高品质的 LED是首要条件；
4.3.2、封装
LED的后工艺封装是否合理也是影响LED灯具寿命的重 要因素之一。目前全球几大公司如cree、lumilends、 日亚等较高水平的LED封装都有专利保护，这些公司的 后工艺封装要求水平都比较高，LED的寿命因而就有所 保证。
外去测定。
• 图4. LED伏安特性的温度特性
如何具体测算LED的结温？
要求已经把LED安装到散热器里，并且是采用恒流驱动 器作为电源。同时要把连接到LED去的两根线引出来。 在通电以前就把电压表连接到输出端（LED的正极和负 极），然后接通电源，趁LED还没有热起来之前，马上 读出电压表的读数，也就是相当于V1的值，然后等至少 1小时，等它已经达到热平衡，再测一次，LED两端的 电压，相当于V2。把这两个值相减，得出其差值。再被 4mV去除一下，就可以得出结温了。实际上，LED多半 为很多个串联再并联，这也不要紧，这时的电压差值是 由很多串联的LED所共同贡献，所以要把这个电压差值 除以所串联的LED数目再去除以4mV，就可以得到其结 温。
•假定对LED以Io恒流供 电，在结温为T1时，电 压为V1，而当结温升高 为T2时，整个伏安特性 左移，电流Io不变，电压 变为V2。这两个电压差 被温度去除，就可以得到 其温度系数，以mV/ºC表 示。对于普通硅二极管，
这个温度系数大约为2mV/ºC。但是LED大多 数不是用硅材料制成的， 所以它的温度系数也要另
通常LED是焊接到铝基板，而铝基板又安装到 散热器上，假如只能测量散热器外壳的温度， 那么要推算结温就必须知道很多热阻的值。包 括Rjc（结到外壳），Rcm（外壳到铝基板，其 实其中还应当包括薄膜印制版的热阻），Rms （铝基板到散热器），Rsa（散热器到空气）， 其中只要有一个数据不准确就会影响测试的准 确度。
目前大多数企业的LED后工艺封装仿制较多，从外形 看还可以，但是工艺结构及工艺质量较差，严重影响 LED的寿命；
散热设计
最短的热传到路径，减小热传导阻力； 增大相互传导面积，增加热传到速度； 合理的计算设计散热面积； 有效的利用热容量效应。
4.3.3、灯具设计 灯具设计是否合理，这也是影响LED灯具寿命的关键问题。合理的
灯具设计在满足灯具其它指标之外，一个关键要求是要将LED点亮 时产生的热能散发出来，即就是采用cree等公司的优质LED原装品 ，使用在不同灯具上，LED的寿命可以相差几倍甚至几十倍。例如 现在市场上有集成光源灯具的销售（单颗30W、50W、100W）, 这些产品光源与散热通道接触部分散热不畅，结果导致有些产品在 点亮1～3个月就光衰50％以上，有些产品使用0.07W左右的小功 率管，由于没有合理的散热机构，导致光衰非常快，甚至有些城市 政策性推广，结果闹出一些笑话。这些产品技术含量低、造价低、 寿命短； 4.4.4、电源 灯具使用电源是否合理。LED是电流驱动器件，若电源电流波动较 大，或者电源尖脉冲出现频率较高，都会影响LED光源的寿命。电 源本身的寿命主要取决于电源设计是否合理，在电源设计合理前提 下，电源的寿命就取决于元器件的寿命。
四、LED灯具寿命与信赖度
4.1、电子器件的寿命
在某一个特定电子器件个体发生失效之前 ，难以标明其确切的寿命值，但明确了某 一批电子器件产品的失效率λ（t）特征后 ，就可以得到表征其可靠性的若干寿命特 征量，如平均寿命、可靠寿命、中位寿命 、特征寿命等
（1）平均寿命μ：指一批电子器件产品寿命 的平均值。 μ MTTF 1 λ