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近年来,大功率 LED 发展较快,在
结构和性能上都有较大的改进,产量上
升、价格下降;还开发出单颗功率为
100W 的超大功率白光 LED。与前几年
相比较,在发光效率上有长足的进步。
例如,Edison 公司前几年的 20W 白光
LED,其光通量为 700lm,发光效率为
35lm/W。2007 年开发的 100W 白光
LED,其光通量为 6000lm,发光效率为
60lm/W。又例如,Lumiled 公司最近
开发的 K2 白光 LED,与其Ⅰ、Ⅲ系列
同类产品比较如表 1 所示。从表中可以
看出:K2 白光 LED 在光通量、最大结
温、热阻及外廓尺寸上都有较大的改
进。Cree 公司新推出的 XLamp XR~
E 冷白光 LED,其最高亮度挡 QS 在
350mA 时光通量可达 107~114lm。这
些性能良好的大功率 LED 给开发 LED
白光照明灯具创造了条件。
前几年,各种白光 LED 照明灯具主
要是采用小功率Φ 5 白光 LED 来做的。
表1 K2 白光 LED 与Ⅰ、Ⅲ系列同类产品比较
专题特写:LED
大功率 LED 的散热设计
如 1~5W 的灯泡、15~20W 的管灯及
40~60W 的路灯、投射灯等。这些灯具
使用了几十到几百个Φ 5 白光 LED,生
产工艺复杂、可靠性差、故障率高、外
壳尺寸大,并且亮度不足。为改进上述
缺点,这几年逐步采用大功率白光 LED
来替代Φ 5 白光 LED 来设计新型灯具。
例如,用 18 个 2W 的白光 LED 做成的街
灯,若采用Φ 5 白光 LED 则要几百个。
另外,用一个 1.25W 的K2 系列白光
LED,可做成光通量为 65lm 的强光手电
筒,照 射 距离可达几十米。若采用Φ5白
光 LED 来做则是不可能的。
用大功率 LED 做的灯具其价格比
白炽灯、日光灯、节能灯要高得多,但
它的节能效果及寿命比其他灯具也高的
多。如果在路灯系统及候机大厅、大型
百货商场或超市、高级宾馆大堂等用电
大户的公共场所全部采用 LED 灯具,其
一次性投资较高,但长期的节电效果及
经济性都是值得期待的。
今日电子 · 2007 年 12 月
戴维德
目前主要采用 1~3W 大功率白光
LED 作照明灯,因为其发光效率高、价
格低、应用灵活。
大功率 LED 的散热问题
LED 是个光电器件,其工作过程中
只有 15%~25% 的电能转换成光能,其
余的电能几乎都转换成热能,使 LED 的
温度升高。在大功率 LED 中,散热是个
大问题。例如,1 个 10W 白光 LED 若其
光电转换效率为 20%,则有 8W 的电能
转换成热能,若不加散热措施,则大功
率 LED 的器芯温度会急速上升,当其结
温(T J )上升超过最大允许温度时(一
般是 150℃), 大 功 率 LED会因过热而损
坏。因此在大功率 LED 灯具设计中,最
主要的设计工作就是散热设计。
另外,一般功率器件(如电源 IC)
的散热计算中,只要结温小于最大允许
结温温度(一般是 125℃)就可以了。但
在大功率 LED 散热设计中,其结温 T J 要
求比 125℃低得多。其原因是 T J 对 LED
的出光率及寿命有较大影响:T J 越高会
使 LED 的出光率越低,寿命越短。
图 1 是 K2 系列白光 LED 的结温T J
与相对出光率的关系曲线。在 T J =25℃
时,相对出光率为 1;T J =70℃时相对出
光率降为 0.9;T J =115℃时,则降到
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