蓝光LED投光灯具高温老化光电性能研究

By | 2020年7月24日

  0 引言


  最近几年来,年夜功率LED因其节能环保等优点,已逐步成为畛域内的一个钻研热点。跟着LED技巧的迅速倒退,若何进步LED灯具的功能已成为钻研重点。对LED灯具的功能评价有助于进步灯具功能。比方添加灯具的光输入、添加过热维护性能以进步牢靠性、简化热机器设计等。为此,对年夜功率LED灯具的功能评价必不成少,而传统老化实验因其耗时较长、评价环境较高,相应的实验钻研较少。低温老化作为一种罕用的老化测试手法,模仿灯具正在事实应用前提中触及到的各类要素,对灯具孕育发生老化的状况进行相应前提增强试验的进程,模仿灯具的工作进程,调查其功能随工夫的变动。低温老化经过进步工作温度来添加试验强度,从而年夜年夜缩短测试工夫,能够经过短期的测试理解产物灯具长期的老化状况。


  当今的年夜功率白光LED次要由年夜功率蓝光LED加荧光粉组成,因而,对年夜功率蓝光LED灯具的钻研能够作为对年夜功率白光LED灯具钻研的一个首要参考。对蓝光LED投光灯具进行低温老化能够综合评价灯具的功能,是调查灯具的均匀无端障工作工夫以及毛病率的一个首要手法。为了评价年夜功率蓝光LED灯具的功能,本文对两种蓝光LED投光灯具进行了低温老化实验,丈量灯具的光电参数,并剖析其光电功能变动,钻研其光衰状况。


  1 实验原理及进程


  跟着LED技巧的倒退,LED灯具的集成化水平愈来愈高,LED灯具的构造愈来愈纤细,制作工艺愈来愈复杂,因而正在制作进程中会孕育发生埋伏缺点。对一个好的LED灯具产物来讲,岂但要求有较高的功能目标,并且还要有较高的稳固性。LED灯具产物的稳固性取决于设计的正当性、所拔取的光源器件功能、灯具的整灯制作工艺等要素。今朝,国际外普遍采纳低温老化工艺对LED灯具进行挑选,以进步其稳固性以及牢靠性。功率LED的应用寿命可达50 000 h,采纳惯例的寿命实验办法需求6年能力评估其寿命,关于疾速倒退的LED技巧来讲,这类办法其实不能餍足LED的倒退速率。如今外洋厂家普通采纳10 000 h的寿命试验数据作为评价根据,揣测LED的实际寿命,这个工夫显然也有些太长。依据多种功率LED正在没有同应力下的寿命试验后果比照,采纳一种适用的减速寿命实验办法,能够用较少的样品正在较短的工夫内评价功率LED的长时间应用寿命。


  1.1 低温老化原理及设施


  为了进步灯具牢靠性并延伸灯具的无端障工作工夫,对其稳固性进行须要的查核,确保灯具的优秀质量以及希冀工作工夫的工艺就是低温老化的原理。“通电加温老化”的目的是将电气管制组件PCB板上元器件的缺点、焊接以及拆卸等消费进程中存正在的隐患及早暴露,保障灯具能经患上起工夫的考验。老化落后行电气参数丈量,挑选剔除了生效或变值的元器件,尽可能把灯具的晚期毛病毁灭正在失常应用以前。


  低温老化设施(老化房)仿真出一种低温环境测试的设施,是进步灯具稳固性、牢靠性的首要试验设施,是各消费企业进步灯具品质以及竞争性的首要消费流程。老化房是业余设施,正在规格与功能的设计必需餍足灯具实验的需要,也必需保障本身工作的稳固性,因而它必需是高品质、平安牢靠的。采纳进步前辈成熟的技巧以及设施,最稳固、最适用的组件以及资料,以较高的功能价钱比设计老化房。能以较低的老本、较少的职员投入维持零碎运行。


  1.2蓝光LED投光灯的构造与功能钻研


  年夜功率LED灯具次要由如下几个局部组成:半导体光源器件、封装基板、驱动电源以及灯具散热构造。


  1.2.1 光源器件剖析


  两种LED灯具芯片采纳美国某公司消费的年夜功率发光二极管做光源,依据正在环境温度100℃下、工作1000 h进行减速寿命实验的后果,1 w蓝光LED减速寿命实验500 h光衰减为9%。


  1.2.2封装基板剖析


  功率型LED封装基板作为热与空气对流的载体,其热导率对LED的散热起着决议性作用。抉择合适的基板,对LED的散热性以及牢靠性具备莺要影响。功率型LED封装基板资料要求具备高电绝缘性、高稳固性、高导热性及与芯片婚配的热收缩系数、平坦性以及较高的强度。

 

  1.2.3 驱动电源剖析


  LED驱动电源的设计必需要综合思考各类因数,如效率转换、无效功率、恒流精度、电源寿命、电磁兼容等。LED足特点敏感的半导体器件,又具备负温度特点,因此正在使用进程中需求对其进行稳固工作状态以及维护。


  1.2.4 散热零碎剖析


  LED的光源特点决议了其对温度的非凡要求,散热才能是一个相称首要的查核目标,通常经过散热的构造封装技巧及散热安装设计来保证最好的光洁度及延伸其无端障工作工夫。


  1.3 蓝光LED投光灯低温老化光电功能测试进程


  跟着发光二极管(LED)使用范畴的扩展,对年夜功率LED灯具的功能有了更高的要求,对LED光、色、电参数的丈量也提出了更高的要求,如:亮度高下、波长的分歧性、抗静电才能强弱、泄电电流的巨细等。


  本实验选用浙江年夜学的三色SPR3000D光电综合测试零碎进行测试,剖析LED投光灯的光电功能。测试进程:将LED灯具(蕴含驱动电源)放人积分球.加220 V工作电压,使其处于失常工作状态,进行光电测试。LED灯具正在低温环境下光衰减功能剖析的实验进程:将LED灯具放入老化实验室,力H220 V工作电压,使其处于失常工作状态,调理环境温度设为55℃,测试工夫为480 h。正在老化进程中,每一48 h测一次灯具的光电参数,以剖析其光电参数变动状况。


  2 后果与探讨


  2.1 实验后果


  蓝光LED投光灯属于年夜功率LED灯具的一种,为了综合评价灯具的功能,对LED投光灯进行低温老化实验,以此来调查灯具的无端障工作工夫以及毛病状况。经过对两种没有同构造的蓝光LED灯具进行低温老化实验,丈量老化进程中灯具的光电参数,剖析其光衰变动状况。灯具正在老化进程中光通量(φ)变动如图l所示。



  从上图蓝光LED灯具光通质变化状况能够看出。两种LED投光灯的初始值差异没有是很年夜,光通量集中正在285—315 lm。总体来讲,A型灯具光通质变化幅度较小,灯具Al光通量呈逐步降落趋向;灯具A2初期光通量有回升趋向,正在240—384 h呈现小幅动摇,后逐步趋于颠簸。绝对A型,B型灯具光通量衰减较年夜,从老化开端,B型灯具光通量呈年夜幅度衰减,正在老化240 h后逐步趋于颠簸,靠近210 lm,绝对于初始靠近290 lm的光通量衰减了四分之一多。灯具详细光衰减状况如表l所示。φ1为初始光通量;φ2为老化后光通量;△φ为光衰。



  2.2 后果探讨


  本实验中的两种灯具采纳相反的光源器件与封装基板,没有同处正在于散热构造与驱动电源。比照两种灯具的老化光衰状况,显著A型LED投光灯功能优于B型LED投光灯,而两种灯具所采纳的光源是同一种,那末能够揣度孕育发生差别的泉源有两种可能:一是灯具散热构造的差别;二是驱动电源的差别。


  2.2.1 散热构造剖析


  散热才能的影响要素次要从三方面思考:散热资料的拔取、散热面积的巨细、散热形式的制订。选材优化次要思考资料的热导率,因而资料的拔取有肯定的局限性。添加散热面积能够促成散热,而好的散热形式能够疾速将外表热量带走,年夜幅度地进步LED的散热才能,因而散热的要害是添加散热面积与扭转散热形式。本实验中的两种灯具采纳的足同种散热资料与散热形式,没有同的地方正在于散热面积A型灯具年夜于B型灯具。实验进程中A型灯具温度显著低于B型灯具。


  LED灯具散热设计的重点正在于:最短的热门路;必需以最疾速的办法将热量导出而后散出。经过灯具散热的剖析以及较量争论,能够指点设计散热形式以及散热器的抉择,保障LED灯具工作正在平安的温度范畴内,缩小品质成绩,进步牢靠性。


  2.2.2 驱动电源剖析


  除了了温度、电压以及电流关于LED的寿命、光衰也有着极年夜的影响。因为LED的特点而至,巨大到几毫安的电流动摇也将对LED的寿命与光效孕育发生极年夜的影响。普通采纳定电压、定电流技巧,使患上流过每一粒LED的电流均为恒值、从而保障高亮度LED的亮度与寿命。本实验中的两种灯具采纳两种没有同型号恒流稳压电源,依据光电参数测试后果,A型灯具的电学参数稳固性优于B型灯具,剖析可能对灯具光学功能有所影响。


  3 结语


  LED灯具功能的好坏受多方面要素影响。从器件的抉择,散热构造设计,到驱动电源的婚配城市对LED灯具的光电参数造成肯定影响。本文丈量老化进程中灯具的光电参数,剖析其光衰变动状况,发如今光衰进程中,LED光通量有回升的状况。


  实验后果标明,正在拔取相反光源的状况下,没有同的散热技巧与小同的驱动电源装备城市对灯具功能造成肯定影响。从散热构造角度来讲,正在散热资料与散热形式相反的状况下,增年夜散热面积无利于灯具的散热并保障较好的功能。从驱动电源角度来讲,采纳稳固性高的电源有助于进步灯具的功能。因而关于LED灯具来讲,正在光源分歧的状况下,散热构造与驱动电源的装备都是至关首要的。