[发明专利]延长LED电光源使用寿命的方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种延长LED点光源使用寿命的方法以及装置，特别是通过源头减少产生热量的方法来降低结温进而延长其寿命。

背景技术

随着节能减排国策的实施，占电力消耗15％的照明负载越来越多的采用发光二极管(固体LED，简称LED)灯作为电光源，这是因为LED灯本身作为发光二极管具有发光效率高，寿命长等明显性能优势。但是截止目前由于散热不良引起PN结结温升高从而导致使用寿命大幅度下降已经成为其推广应用的主要技术瓶颈。特别是对于应用在公路隧道、道路照明领域的LED光源来说，因为工作环境恶劣多变，安装位置偏僻且处于高空等不利因素，使得维修保养和更换都十分困难。如何在自然散热方式基础上进一步有效降低管芯温度，从而实现光源寿命的有效延长以及发光效率的提高，减少使用期间维修并延长更换周期，具有很大的实用价值和社会意义。

根据阿雷纽斯法则，LED结温(近似为管芯温度)每降低10℃其寿命将会延长2倍以上，而且试验证明：结温越高，电光转换效率越低，即每降低10℃其电光转换效率提高8％以上；更可怕的是高结温还将带来不可恢复的光衰。如当结温控制在65℃时光衰70％的寿命可达到100000小时的理想工作状态。尽管LED不像白炽灯光源那样发热厉害，但是电流通过PN结及其连接电路的同时也同样产生一定的焦耳热，另外所发出的光由于在封装材料界面产生折射导致不能够全部发射出去等，也都以热量形式被消耗掉。总之根据能量守恒定律，目前工程应用中的LED电光源若电光转换效率为35％，则其余的65％全部都变换成为热量而导致结芯温度升高。例如正向电压为3V、电流为1000mA(即3W功率)的发光二极管发出300Lx的光通量外，那么还有2W转换成热量引起结温度的升高。在LED光源正常工作状态下这些热量通常利用自然散热方法降低结温，尽管目前LED光源已经采用了多种自然散热措施及相应机械结构提高散热效果，但是其结果并不如人意；特别是当夏天环境温度上升后，恶劣的室外工作环境下散热片缝隙之间落入的灰尘等不可避免的将使其自然散热效果则会更差，从而引起管芯温度进一步升高，进而严重影响了照明路灯的使用寿命。试验证明，当发光二极管结温(管芯温度)处于135℃临界温度以上时，将会严重影响其使用寿命，再考虑透明封装材料高温状态下老化等因素，一般工程上要求把管芯温度控制在85℃以下尽量减少对寿命的影响。所以如何有效降低其管芯温度来有效延长其使用寿命就成为路灯照明类大功率LED光源的关键技术。

因为采用自然散热方式是实际应用中LED光源唯一有效的选择，而热源来自于管芯正常工作状态下产生的热量，包括流过电流产生的焦耳热以及被封装材料界面因为介电常数差别反射回来的光转换成的热量等。那么在目前采取的各种散热措施来降低结温(包括通过减小发光二极管与散热片固定材料的热阻；尽量增大散热面积；采用介电常数尽量接近发光体的封装材料以减少界面反射等现有科学技术基础上近乎完善的手段和措施)，但是仍然不能够达到比较理想散热效果情况下，我们试想能否在不影响路灯主要性能的前提下，通过从源头减少产生热量的方法，同样能够达到有效降低LED正常工作状态下结温的目标，使其在夏天极端恶劣工作环境及温度条件下，LED光源结温仍然能够处于理想的管芯温度以下将不失为一条新思路。

发明内容

针对上述现有技术所存在的不足，本发明的目的是提供一种有效降低LED结温以延长其寿命的同时提高转换效率的方法。

为实现上述目的，本发明的技术方案为一种延长LED电光源使用寿命的方法，设置每一个LED芯片工作时的消耗功率始终处于低于额定功率的轻载状态，以减少产生热量的方法来降低结温并进而实现延长其寿命的同时提高其电光转换效率的目标。

基于以上工作原理；具体针对路灯照明类LED光源安装维护困难但是本身存在增加安装LED发光芯片空间的特点，其实现方法如下：

对于电流驱动的LED光源，在原有的LED电光源电路结构上以并联方式增加附加部分LED芯片，使每一个LED芯片工作时的消耗功率始终处于低于额定功率的工作状态。

优选的，每一个LED芯片的工作功率为额定功率的70％-80％。

对于电压驱动的LED光源，在原有的LED电光源电路结构上以串联方式增加附加部分LED芯片，使每一个LED芯片工作时的消耗功率始终处于低于额定功率的工作状态。

优选的，每一个LED芯片的工作功率为额定功率的70％-80％。

通过增加若干LED芯片弥补输出有效功率的减小。