怕热的LED技术.doc

一不留神，接触到LED这个行当已经五、六年，算从门外汉变成了知道点皮毛的路人甲，甚至还用照猫画虎的套路做了些LED电源，谢天谢地，这些宝贝儿在客人那里通常都还比较温顺，还算对得起那几个磨破了的资料袋。
Z兄是深圳LED电源圈子里面的老人，一开始是做电源芯片，虽然是负责业务的，但注重技术，为人实在，现在转身不卖芯片也改做电源，只做日光灯电源，每次一起瞎聊，他总是说“打死我也不做球泡灯电源”，相信做过LED电源的工程技术人员一听就明，他这么说是有道理的——“怕热的LED”。
就目前而言，LED发光的灯芯有个缺陷，怕热，不耐高温，随着温度的上升，使用寿命会急剧下降，通常是要求正常使用中LED灯珠表面温度不超过65摄氏度。这里我们不探讨LED灯芯怕热的原因，只要知道，在许可的温度范围内，LED灯珠的寿命是很长很长的，5万小时是小意思，这不是LED灯珠厂家吹牛，5万小时大约是5年半时间，看似好长时间，实际上现在电子市场那种3分钱一颗的垃圾级小LED发光管都能活这么久，不信的话你想想身边的那些用LED工作状态指示灯，很少见坏掉吧。

既然这种常用来做工作状态指示的小LED发光管能有这么长的寿命，大功率LED灯珠理论上自然也可以有这么长寿命，我们可以这么假设：假设一个小LED发光管的工作电流是10毫安，我们把35个这样的LED发光管堆在一起就可以得到一个功率1W的大功率LED灯珠，理论上讲就是同样长的寿命。

LED灯芯自身发热原因是光电转换时一部分电能转成了热能，现在说的LED灯节能高效就是LED灯芯光电转换的效率远远高于传统的白炽灯，传统的白炽灯大部分电能都转成了热能，而LED灯正好相反，大部分电能都转成了光能。就LED灯芯而言，虽然大部分电能都转换成了光能，但剩余的那部分热能可不能小看，一颗1W的LED灯珠，就算80%转换成了光能，剩余的热能也有0.2W，这个0.2W能有多大威力呢，还是要通过生活中的例子做参照才能有个基本了解，一把30W的电烙铁，一分钟之内烙铁头温度就可以升到400摄氏度左右，烙铁头有多大？想想LED灯芯里面的PN结有多大？所以如果不加散热处理，这个0.2W很快就能把LED灯芯升到非常高的温度，只要150度，一般LED灯芯很快就会挂掉。
说了这么多，其实就是一句话：“要想LED灯寿命长，就不能高温，参考标准是灯珠表面温度不超过65摄氏度。”现在的照明LED灯，常常弄个铝壳就是为了散热，不让LED灯珠温度过高。先告诉大家一个判断温度的经验，如果手摸上去感觉温温的，这是四十来度，如果觉得挺热，但手还能握住，就已经五十来度了，要是感觉非常烫，很难握住，那肯定有六、七十度了，好的LED灯，灯壳要能用手握得住，记住了啊。

铝壳越大，散热越好，成本也越高，就现在神州的商业环境，除去知名品牌，价格绝对是第一竞争力，这就决定了LED灯厂会尽量的用小铝壳来降低成本，他们看来是不用最好，不要笑，这是他们真实的想法，的确有厂家用的就是塑料壳，样子还挺像铸铝。因为LED灯是照明产品，买的人肯定是希望越亮越好，一颗额定电流350毫安的LED灯珠，是可以把工作电流调到400毫安的，甚至短时间1安电流都能承受住，这样LED灯厂为了让自己的灯比别人的亮，会把LED灯的工作电流调到上限甚至超限使用，这样一开始灯确实比别人要亮，可没多久就朦擦擦的了。
用小铝壳是热量不能有效散出，加大电流是发热加剧，其后果是相同的，导致LED灯芯温度过高，寿命变短。前面提到的Z兄不敢做球泡灯电源，就是因为LED球泡灯电源需要靠铝外壳散热，作为电源供应商，很难把控LED灯厂用什么样子的铝壳和灯珠，就算今天灯厂提供了灯壳和灯珠做测试，可没准哪天灯厂就换了灯壳和灯珠的供应商，灯壳变薄点、灯珠的效率变低点，可能结果就完全不一样。

说到这里我想应该有人有疑问了，就算是散热不够，也就是LED灯的寿命变短，和你LED电源有什么关系？只要把自己的电源做好，保证电源不坏就是了？LED灯分三大块：灯珠、电源和外壳。外壳除非拿把锤子砸，否则是不会坏的；灯珠除非是电流超大，否则不会立马烧坏，只是逐步光衰，就是渐渐亮度变低，属于慢性 病；电源则不同，容易得急性 病，一般都是一口气没上来就嗝屁了。
当LED灯散热不够时，灯壳内部的温度也随之上升，通常内部温度会比外壳温度高10~20度，如果外壳温度60~70度，灯壳里面的温度可能就有80~90度，这可是让电子产品头疼的一个温度了。对于电子元件，商业级的最高工作温度是85度，80~90度已经是极限温度，要知道这个温度对于球泡灯来说是属于正常温度了，现有的电源一般都还抗得住这个温度。
如果温度再往上升，对于电源，随时就会有灾难性后果发生，温度过高元件耐压下降被高压击穿，温度过高元件可承受功率下降而烧毁，一发生这类问题就是整个LED灯的生命终结。常用的快恢复二极管，可承受结温为125度；常用的电阻，记得是115度下可承受的功率下降到额定值的八分之一；普通CBB电容外壳，可耐受温度85度；变压器漆包线最高耐温130度。
从这几个数据看，当灯壳里面的温度到达80~90度的时候，可以说这个温度已经是电源能长时间稳定工作的上限。因为电源自身也发热，目前一般设计上是电源温升控制30~40度的样子。灯壳里面的温度加上电源的温升，已经是110~130度，显然不能再高，再高就要出事。灯珠的光衰是慢性病，往往就是还没来得及发现灯的亮度变暗，某个瞬间灯就从亮变为不良，拆下来一看，是电源坏掉，灯珠换一个好的电源还能继续亮，这种情况还用说吗？肯定是电源的问题，电源厂负全责。

好些让人哭笑不得的例子：客户质问你们的电源怎么把我套在上面的热缩套管都烫化了，我的神呢，热缩套管烫化了，那是你热缩管材料不好，不过就算再差的热缩套管，也不是一点点温度就能烫化的啊；客户质问你们的电源怎么把我的灯头外壳烫坏了，我的大神呢，烫坏灯头外壳的温度应该不低吧；客户质问为什么灯有时候出现亮一会灭一会的现象，我的大大神呢，这是进入了过温保护状态，要知道这个方案用的芯片过温保护是150度。
现在我想大家应该明白标题”怕热的LED“的意思了，LED灯珠怕热，但高温不会让其马上坏，只是亮度会慢慢的变低，更怕热的是里面的驱动电源，一旦温度超过其可承受的极限，随时就会损坏停止工作。不少人，包含好多做LED灯的在内，只知道高温会导致LED灯珠光衰加快，并没有想到对驱动电源的影响才是致命的。
这个灯散热不好，元芳，你怎么看？
回大人，此事必有蹊跷。

LED-文子提问：
呵呵，戴工： LED真还不是这样的，现在照明普及率最好的是日本，已经占30%。担心LED热、寿命已经是过去式。影响的LED普及的障碍只有一个-价格。真实的价格已经比荧光灯还便宜，制造还简单，终端客户接受度有待提高这是真实的。 我们不要追究宣传的3万小时、5万小时，LED在谈论的是怎样在有限的，客户可以接受的寿命里，将LED灯具做的更便宜，而不是长寿命就好。 不做球泡灯电源我可以理解，以后LED照明灯具不需要电源，可能大家很能理解，确实是这样，不信拭目以待！
戴上举回复：
技术的倾向我也认同是交流LED，只有这样价格才能彻底下来，现在技术还存在谐波、抗冲击等基础瓶颈，真要等到这些技术问题解决，LED电源行业也就GAME OVER了，个人看交流LED变身就是现在的非隔离LED，现在的日光灯管驱动电源国内市场已经大部分是非隔离电源，7~9元就可以买到性能不错的电源，这个价格对日光灯管成本来说已经不是问题，日光灯管能有非隔离电源是安全性可以得到保证，灯珠的铝基板长，不需要额外加散热体，可以通过加塑料外壳的物理绝缘方式来保证安全，而球泡灯由于体积限制，要散热就需要用铝外壳，在不另外增加过多成本的情况下难做到人和铝外壳完全绝缘，当灯坏掉时，用户换灯泡就有可能触电，这可是比炸机起火都严重的事故啊。现在已经由38元的日光灯管在卖，不过要提示一下，这种灯管的具体性能我一无所知，想买的请自己慎重甄别。
网友stonemea评论：
交流LED就是未来？没那么简单。从不稳定的电压获得稳定的发光可不是简单半导体随便就能做到，能做好的。
个人以为，半导体冷光源技术才起步而已，以目前的理论和工程水平根本谈不上多好。有志于这方面的人士还需要耐心，好日子在后头。
目前能看到的关键在于效率，核心是灯珠的光电转换效率。参照互易律，太阳能电池板能做到多高效率，灯珠也就能做到多高，反之亦然。
不过，鉴于现今材料技术的多学科潜力，基于硅半导体的冷光源未必10年后就是胜者。
个人不认为政府大规模推广LED照明是正确的。相反，应该设立更严格的门槛防止产生电子垃圾。可以对该技术补贴，支持进行更充分的研究。

luke-peng提问：
我从网上了解到：波长555nm的激光光源流明理论极限是683lm/W，而现在用的最多也就120lm/W到130lm/W的光效，130/683<20%，由此得出>80%的能量都转化为热量了，只有小部分转化为可见光。
戴上举回复：
谢谢提醒，对于电能有多少比例转成光能我确实不了解具体数据，我是想应该不可能超过80%，如果现在真的只有20%的比例，那发热会更厉害。
sanmot
电源问题主要是采用低质量的材料,现在照明主要讲亮度值,既替代800LM的球泡,按照现在142LM/W,功率是5.63W,这样对于散热要求不高,照明的问题是采用低质量的灯珠,采用极限高电量,一般如果最大电流是180mA,采用的电流最多93mA,这样一方面最大光效率,另一方面热量可以快速散热,热的原因1)灯珠分布密集,2)采用大电流,光效率不高,3)低质量的灯珠,(主要采用散热不好的胶水)这样热量急高,同时给电源带来大的负荷,加上封闭的环境,电源温度高,实际上,只要5W左右,现在的散热完全可以满足,而想开发特高和特亮的产品,实际上灯珠的技术还没有成熟,这样是国外不开发LED路灯的原因!
表面处理专家
LED的三大注意点：1.LED灯珠封装（其中重要环节是利于散热）；2.驱动电源（确保稳定的恒流，一般控制在LED灯珠额定电流的下限，通常是0.28~0.3A）；3.高效的散热体系。目前的LED灯珠发光效率一般都是90~120LM/W左右。光能转换效率在20%左右。加上散光罩的光阻隔。780LM的球泡灯设计都是采用7~9W的LED。多颗小灯珠（0.1~0.3W一颗）串并联组合，可以有效分散热量。避免热量过于集中。采用红外辐射散热涂层，提高散热器向外辐射散热效率。可有效降低温度。红外辐射涂层在60~70℃时，可降低10摄氏度左右。我是做LED散热涂料的。热危害对LED确实是令人头痛的问题。