LED的光衰補(bǔ)償方案

大功率LED發(fā)光性能會(huì)隨時(shí)間和溫度衰退已為人們所認(rèn)識(shí)，這是大功率LED照明當(dāng)前面臨的一個(gè)重要要問(wèn)題。由于大功率LED的價(jià)格還比較高，要想通過(guò)LED獲得相對(duì)其它光源更好的投資回報(bào)，就必須靠長(zhǎng)壽命同時(shí)盡可能節(jié)省電費(fèi)來(lái)彌補(bǔ)燈具的高價(jià)格。目前國(guó)內(nèi)大功率LED照明為解決光衰問(wèn)題，通常的做法是在燈具達(dá)到預(yù)期壽命前，燈具提供超過(guò)需要的光通量，在燈具的使用過(guò)程中光通量逐步降低，當(dāng)燈具到達(dá)預(yù)期壽命時(shí)燈具的光通量接近實(shí)際需要值。這種做法雖然簡(jiǎn)單，但無(wú)疑浪費(fèi)了電能，過(guò)度照明也影響了燈具的壽命，因此找到更好的光衰解決辦法是很有意義的。

從LED的正常使用看，影響LED壽命的最主要的因素就是熱。熱量的來(lái)源，主要是LED產(chǎn)生的熱,大功率LED將20-30%的電能轉(zhuǎn)換成光，70%左右的轉(zhuǎn)換成了熱量，另外如果驅(qū)動(dòng)器采用內(nèi)置的方法，驅(qū)動(dòng)器的損耗也會(huì)增加LED的熱量。熱量的積累使得溫度升高，溫度升高使得芯片的性能衰退、材料老化、變性。當(dāng)前，大功率LED的光衰主要還是由芯片自身決定的，另外應(yīng)用不當(dāng)(供電不當(dāng)、散熱不良等)也是引起光衰的原因，如圖1。

LED的光衰是和它的結(jié)溫有關(guān)，所謂結(jié)溫就是半導(dǎo)體PN結(jié)的溫度，結(jié)溫越高越早出現(xiàn)光衰，也就是壽命越短。從圖1可以看出，假如結(jié)溫為105度，亮度降至70%的壽命只有一萬(wàn)多小時(shí)，95度就有2萬(wàn)小時(shí)，而結(jié)溫降低到75度，壽命就有4萬(wàn)小時(shí)，65度時(shí)更可以延長(zhǎng)至9萬(wàn)小時(shí)。所以延長(zhǎng)壽命的非常關(guān)鍵的一點(diǎn)就是要降低結(jié)溫。但事實(shí)上由于燈具本身個(gè)體大小以及成本控制的因素，LED的結(jié)溫一般比較難控制在一個(gè)比較低的值，光衰的情況始終是LED燈具設(shè)計(jì)中揮之不去的陰影。對(duì)于一顆特定的LED芯片，傳統(tǒng)的方案為將輸出電流設(shè)定在滿足LED光源額定壽命到來(lái)時(shí)的流明要求對(duì)應(yīng)的值。這樣會(huì)使得剛開(kāi)始使用時(shí)LED燈輸出的流明數(shù)為額定的130%以上甚至更高，如圖2。

因此傳統(tǒng)LED照明設(shè)計(jì)，在燈具壽命前燈具始終處于過(guò)度照明的狀態(tài)，對(duì)于新燈來(lái)說(shuō)過(guò)照明甚至可能達(dá)到30%以上，而通過(guò)智能光衰補(bǔ)償方式，可以使燈具在壽命周期內(nèi)恒定工作在用戶需要的光通量狀態(tài)，將過(guò)度照明浪費(fèi)的能源節(jié)省下來(lái)，同時(shí)也延長(zhǎng)了光源和驅(qū)動(dòng)器的壽命。

英飛特電子提出一種新的通過(guò)智能控制來(lái)解決光衰補(bǔ)償的解決方案。

首先根據(jù)LED芯片的溫度從LED芯片的datasheet上得到LED的光衰特性曲線,建立數(shù)學(xué)模型。然后通過(guò)控制芯片的內(nèi)部計(jì)算得到如下圖所示的輸出電流緩慢增加的曲線。LED驅(qū)動(dòng)器能夠控制自身輸出的電流隨著LED光源累計(jì)照明時(shí)間增加而增大，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)隨累計(jì)照明時(shí)間的增加而增加LED光源輸出的光通量，實(shí)現(xiàn)光衰補(bǔ)償，從而保證LED光源輸出的光通量能夠隨累計(jì)照明時(shí)間的增加始終恒定在被照射區(qū)域需要的量，如圖3。控制的基本框圖，如圖4。

光衰補(bǔ)償控制器包含一個(gè)補(bǔ)償設(shè)計(jì)單元，一個(gè)定時(shí)控制單元和一個(gè)輸出單元。輸出通過(guò)控制驅(qū)動(dòng)器電流反饋控制中的參考電平，使得驅(qū)動(dòng)器的輸出電流能夠隨著控制器的設(shè)計(jì)變化。而外部的Rset可以用來(lái)設(shè)定不同的補(bǔ)償曲線，如圖5。

另外，對(duì)于現(xiàn)有的沒(méi)有內(nèi)置光衰補(bǔ)償?shù)腖ED驅(qū)動(dòng)器，只要驅(qū)動(dòng)器能夠被0-10V調(diào)光，則可以通過(guò)外置的光衰補(bǔ)償控制器來(lái)實(shí)現(xiàn)光衰補(bǔ)償，具體實(shí)現(xiàn)方式，如圖6。

英飛特電子提出的這種光衰補(bǔ)償技術(shù)，與現(xiàn)有早期過(guò)度照明補(bǔ)償光衰的方法相比，在驅(qū)動(dòng)LED光源時(shí)，不需要預(yù)留電流，進(jìn)而節(jié)約能源，延長(zhǎng)燈具壽命，設(shè)計(jì)合理還可以實(shí)現(xiàn)降低燈具光源的成本。通過(guò)改變所述光衰調(diào)節(jié)線上的電阻，使得同一個(gè)LED驅(qū)動(dòng)裝置在驅(qū)動(dòng)不同光衰速率的LED光源時(shí)能實(shí)現(xiàn)不同的光衰補(bǔ)償特性，提高了裝置的通用性。另外，如果要實(shí)現(xiàn)更為精確的光衰補(bǔ)償，英飛特可以在出廠前為客戶提前在控制器中寫(xiě)入定制的程序。而在不久的將來(lái)，這種光衰補(bǔ)償控制器將可以和其它功能的控制器集成在一起，實(shí)現(xiàn)更多功能的LED控制。