LED 结温的检测及问题分析

寿命长、效率高是有前提的，即适宜的工作条件。其中影响寿命和发光效率的主要因素是 LED 的工作结温。从主流 LED 厂家提供的测试数据表明，LED 的发光效率与结温几乎成反比，寿命随着结温升高近乎以指数规律降低。因此，将结温控制在一定范围是确保 LED 寿命和发光效率的关键。而将结温控制在一定范围的手段除散热措施外，将结温纳入驱动电源的控制参数是十分必要的。

LED 的结温是指 PN 结的温度，实际测量 LED 的结温比较困难，但是可以根据 LED 的温度特性间接测量。

LED 的伏安特性和普通的二极管相似。用于白光照明的蓝光 LED 典型的伏安特性如图所示。

LED 的伏安特性

LED 的伏安特性和其它二极管一样具有负温度系数的特点，即在结温升高时 I/V 曲线出现左移现象，如下图所示。

伏安特性的温度特性

一般 LED 的结温每升高 1°C ,I/V 曲线会向左平移 1.5~4mV,假如所加的电压为恒定，那么显然电流会增加，电流增加只会使它的结温升得更高，甚至导致恶性循环。所以，目前 LED 驱动电源一般设计为恒流供电。

根据 I/V 曲线随结温升高左移的规律，在恒流供电的情况下，测量 LED 的正向电压就可以推算 LED 结温。

在实际应用中，往往不需要确定 LED 结温的特别精确的数值，此时可以用试验的方法确定整体灯具 LED光源结温的估算数值。以一个 12W 筒灯为例，光源部分由 4 并 6 串中功率 LED 组成，其电路连接形式如下：

LED 光源电路连接图

确定正向电压与结温的关系的试验步骤为：

1)将光源置入恒温箱中;

2)设置恒温箱的温度;

3)待恒温箱内温度充分平衡稳定后，在光源两端接入恒流源;

4)迅速测量光源的正向电压并记录;

5)重复上述步骤 1)~(4)，恒温箱温度由低到高，测得多点数据。

按上述步骤，对 12W 筒灯光源进行三次测量，数据如下：

LED 正向压降与结温的测量数据

由表可以看出，测量数据的一致性和规律性很明显。

测试时间较短，可以将测量时恒温箱设置温度近似等于 LED 光源的结温。在 600mA 恒流的情况下，通过数学方法不难得出光源模块正向电压与结温的关系。利用 Excel 工具，以温度为 X 轴，平均值为 Y 轴，生成(X,Y)散点图，选择线性回归分析类型则可生成如下趋势图和公式。

xcel 生成的趋势图

由此可见，一个由 4 并 6 串中功率 LED 组成的光源，在 600mA 恒流驱动时其正向电压与结温的关系为：

　　Vf = -0.0207Tj+ 20.332 (1)

　　Tj= 982.22-48.31Vf (2)

式中 Vf 为 LED 光源的正向压降，Tj 为结温。需要注意的是，不同厂家不同规格的 LED 产品虽然都符合上述趋势，但具体数据却有一定的差异，因此更换厂家后规格型号需重新试验。

推荐阅读：

时基电路构成的光控电路的原理分析

汽车防撞设计：PSO粒子群算法优化激励幅度相位

汽车防撞的波束赋形阵列天线的设计

汽车防撞雷达的波束赋形阵列天线设计的意义

用于机械安全的智能光栅