LED的光衰補償方案

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識，這是大功率LED照明當前面臨的一個(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獲得相對其它光源更好的投資回報，就必須靠長(cháng)壽命同時(shí)盡可能節省電費來(lái)彌補燈具的高價(jià)格。目前國內大功率LED照明為解決光衰問(wèn)題，通常的做法是在燈具達到預期壽命前，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，當燈具到達預期壽命時(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%的電能轉換成光，70%左右的轉換成了熱量，另外如果驅動(dòng)器采用內置的方法，驅動(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。當前，大功率LED的光衰主要還是由芯片自身決定的，另外應用不當(供電不當、散熱不良等)也是引起光衰的原因，如圖1。

LED的光衰是和它的結溫有關(guān)，所謂結溫就是半導體PN結的溫度，結溫越高越早出現光衰，也就是壽命越短。從圖1可以看出，假如結溫為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(cháng)至9萬(wàn)小時(shí)。所以延長(cháng)壽命的非常關(guān)鍵的一點(diǎn)就是要降低結溫。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燈具設計中揮之不去的陰影。對于一顆特定的LED芯片，傳統的方案為將輸出電流設定在滿(mǎn)足LED光源額定壽命到來(lái)時(shí)的流明要求對應的值。這樣會(huì )使得剛開(kāi)始使用時(shí)LED燈輸出的流明數為額定的130%以上甚至更高，如圖2。

因此傳統LED照明設計，在燈具壽命前燈具始終處于過(guò)度照明的狀態(tài)，對于新燈來(lái)說(shuō)過(guò)照明甚至可能達到30%以上，而通過(guò)智能光衰補償方式，可以使燈具在壽命周期內恒定工作在用戶(hù)需要的光通量狀態(tài)，將過(guò)度照明浪費的能源節省下來(lái)，同時(shí)也延長(cháng)了光源和驅動(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)解決光衰補償的解決方案。

首先根據LED芯片的溫度從LED芯片的datasheet上得到LED的光衰特性曲線(xiàn),建立數學(xué)模型。然后通過(guò)控制芯片的內部計算得到如下圖所示的輸出電流緩慢增加的曲線(xiàn)。LED驅動(dòng)器能夠控制自身輸出的電流隨著(zhù)LED光源累計照明時(shí)間增加而增大，進(jìn)而實(shí)現隨累計照明時(shí)間的增加而增加LED光源輸出的光通量，實(shí)現光衰補償，從而保證LED光源輸出的光通量能夠隨累計照明時(shí)間的增加始終恒定在被照射區域需要的量，如圖3?？刂频幕究驁D，如圖4。

光衰補償控制器包含一個(gè)補償設計單元，一個(gè)定時(shí)控制單元和一個(gè)輸出單元。輸出通過(guò)控制驅動(dòng)器電流反饋控制中的參考電平，使得驅動(dòng)器的輸出電流能夠隨著(zhù)控制器的設計變化。而外部的Rset可以用來(lái)設定不同的補償曲線(xiàn)，如圖5。

另外，對于現有的沒(méi)有內置光衰補償的LED驅動(dòng)器，只要驅動(dòng)器能夠被0-10V調光，則可以通過(guò)外置的光衰補償控制器來(lái)實(shí)現光衰補償，具體實(shí)現方式，如圖6。

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