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LED壽命長、效率高是有前提的，即適宜的工作條件。其中影響壽命和發(fā)光效率的主要因素是$LED的工作結(jié)溫。從主流LED廠家提供的測試數(shù)據(jù)表明，LED的發(fā)光效率與結(jié)溫幾乎成反比，壽命隨著結(jié)溫升高近乎以指數(shù)規(guī)律降低。因此，將結(jié)溫控制在一定范圍是確保$LED壽命和發(fā)光效率的關(guān)鍵。而將結(jié)溫控制在一定范圍的手段除散熱措施外，將結(jié)溫納入驅(qū)動電源的控制參數(shù)是十分必要的。

LED結(jié)溫的檢測

LED的結(jié)溫是指PN結(jié)的溫度，實際測量LED的結(jié)溫比較困難，但是可以根據(jù)LED的溫度特性間接測量。LED的伏安特性和普通的二極管相似。用于$白光照明的藍光LED典型的伏安特性如圖1所示。

圖1 LED的伏安特性

LED的伏安特性和其它二極管一樣具有負溫度系數(shù)的特點，即在結(jié)溫升高時I/V曲線出現(xiàn)左移現(xiàn)象，如下圖所示。

圖2 伏安特性的溫度特性

一般LED的結(jié)溫每升高1°C， I/V曲線會向左平移1.5~4mV，假如所加的電壓為恒定，那么顯然電流會增加，電流增加只會使它的結(jié)溫升得更高，甚至導(dǎo)致惡性循環(huán)。所以，目前$LED驅(qū)動電源一般設(shè)計為恒流供電。

根據(jù)I/V曲線隨結(jié)溫升高左移的規(guī)律，在恒流供電的情況下，測量LED的正向電壓就可以推算LED結(jié)溫。

在實際應(yīng)用中，往往不需要確定$LED結(jié)溫的特別精確的數(shù)值，此時可以用試驗的方法確定整體燈具LED光源結(jié)溫的估算數(shù)值。以一個12W筒燈為例，光源部分由4并6串中功率LED組成，其電路連接形式如下：

圖3 LED光源電路連接圖

確定正向電壓與結(jié)溫的關(guān)系的試驗步驟為：1)將光源置入恒溫箱中;2)設(shè)置恒溫箱的溫度;3)待恒溫箱內(nèi)溫度充分平衡穩(wěn)定后，在光源兩端接入恒流源;4)迅速測量光源的正向電壓并記錄;5)重復(fù)上述步驟1)~(4)，恒溫箱溫度由低到高，測得多點數(shù)據(jù)。

按上述步驟，對12W筒燈光源進行三次測量，數(shù)據(jù)如下：

表1 LED正向壓降與結(jié)溫的測量數(shù)據(jù)

由表1可以看出，測量數(shù)據(jù)的一致性和規(guī)律性很明顯。因測試時間較短，可以將測量時恒溫箱設(shè)置溫度近似等于$LED光源的結(jié)溫。在600mA恒流的情況下，通過數(shù)學(xué)方法不難得出光源模塊正向電壓與結(jié)溫的關(guān)系。利用Excel工具，以溫度為X軸，平均值為Y軸，生成(X,Y)散點圖，選擇線性回歸分析類型則可生成如下趨勢圖和公式。

圖4 Excel生成的趨勢圖

由此可見，一個由4并6串$中功率LED組成的光源，在600mA恒流驅(qū)動時其正向電壓與結(jié)溫的關(guān)系為：

Vf = -0.0207Tj+ 20.332 (1)

Tj= 982.22-48.31Vf (2)

式中Vf為LED光源的正向壓降，Tj為結(jié)溫。需要注意的是，不同廠家不同規(guī)格的LED產(chǎn)品雖然都符合上述趨勢，但具體數(shù)據(jù)卻有一定的差異，因此更換廠家后規(guī)格型號需重新試驗。

LM3404介紹

隨著$LED照明應(yīng)用的發(fā)展，國內(nèi)外廠家推出了很多用于驅(qū)動LED的器件。其中美國國家半導(dǎo)體公司推出的LM3404及系列產(chǎn)品就是一款非常適用于中小功率LED光源的恒流驅(qū)動芯片。

LM3404內(nèi)置MOS開關(guān)管，最大輸出電流1A，效率高達95%。這款芯片采用8引腳SOIC封裝，其中的一條引腳可以利用脈寬調(diào)制(PWM)輸入信號控制LED的光亮度。

此外，這款芯片可以利用低至0.2V的反饋電壓提供電流檢測功能。輸入電壓6~42V,其內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)如圖5所示。

圖5 LM3404內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)圖