——LED应用入门简介
一、 LED器件与光源模组的光通维持率Lv
根据GB/T24823-2009《普通照明用LED模块性能要求》，LED器件或光源模组的光通维持率是指：《模块在规定的条件下燃点，在寿命期间内一特定时间的光通量与该模块的初始光通量之比，以百分率表示》，即有如下表示：
Lv=[φ（t）/φ（0）]X100%
式中：t为特定时间单位为小时，一般规定为3000h或6000h
φ（t）为燃点时间t后的光通量
φ（0）为燃点前的初始光通量
规定LED器件或LED模组必须达到一定的光通维持率，实际是用它来评判LED器件预期工作
寿命时间或LED光源模组在规定的环境温度等（即额定）条件下连续工作，其辐射光输出的衰退速率，如果衰退速率高，则此LED器件或光源模组的寿命时间短，反之则长。因为光通维持率越高，其工作寿命时间也长，二者是关联的。
对用于普通照明的白光LED器件或光源模组，在上述颁布的国家标准或CQC节能认证技术要求中都规定其3000小时的光通维持率不能低于92%,或6000小时不低于88％等,对于路灯用的LED器件或光源模组3000小时的光通维持率不能低于96%，6000小时不低于92％等,同时还规定了其工作寿命时间（即光衰至初始值的70%的工作时间）的要求为30000小时或40000小时。
本文主要讨论LED器件与光源模组的光通维持率与寿命时间的相互关联性。供作参考！
二、 LED器件与LED光源模组光通维持率Lv与寿命时间t(LIFE)的关联性
从电子器件的电功能会隨工作时延长发生暖慢退化的亚玛卡西方程知道，对于LED发光器件，其发光能力即光输出也会随使用时间哀退拼装家具,也就是指随着器件工作时间的延长，其输出辐射光通量会发生衰退，即所谓的“光衰”。GB/T24823-2009中规定，LED器件或光源模组
连续工作直到其输出光通量为其初始光通量值的70%时的时间，即为其寿命终了时间tLife (单位：小时)。
亚玛卡西方程可表为：
分界开关控制器φ（t）=φ(o)exp(-β*t) (1)
式中：β为：LED器件或光源模组的光输出退化系数；
t为:LED器件或光源模组的工作时间；
φ(0)!为LED器件或光源模组的初始光通量；
φ（t）：为LED器件或光源模组经过工作时间t后的光通量。
由（1）式显然可知：从规定时间t的光通维持率可以求得这类LED器件或光源模组的光输出衰退系数β值。
以Lv=0.96（即光通维持率为96%）的LED器件或光模组为例它们的光衰退化系数β(1)可由下式求得：
β（1）=（-1/t）·ln〔φ（t）/φ(o)〕 （2）
即：β（1）=-1/3000·ln〔0.96〕≈0.0408/3000≈1.36*10-5
对普通照明的LED器件或光源模组标准规定的要求为Lv≥0.92，则可得：
β（2）=（-1/3000）·ln（0.92）≈2.779*10-5
显然，不同的光通维持率的LED，其光输出衰退系数也不同。衰退系数越小，LED器件与光源模组的30%光衰的时间越长，也即寿命时间越长。以上述Lv=0.96为例，其寿命时间tLife可用（2）式求出,此时只要按寿命判据,即用0.7取代0.92,可求得：
tLife1=-1/β(1)·ln〔φ（t）/φ(o)〕=-1/（1.36*10-5）·ln0.7
=0.3567/（1.36*10-5）≈2.63*104（小时）
30%光衰时间，即寿命时间tLife为2.63万小时。
同样对光通维持率为0.92的LED器件与光源模组的寿命时间tLife则为：
tLife1 =-1/β(2)·ln（0.7）≈12832（h）
显然：tLife1＞tLife2。这是因为β(2)＞β(1)的原因所至。
三、 LED器件与光源模组的光衰系数β与Tj的关系
上面我们的讨论分析中，均没有提到LED器件与光源模组的光输出退化系数β与哪些参数关联？从光通维持率可以推算出β值，是有条件的如果LED器件与光源模组由于工作环境不同，或者其热管理设计不同，或者LED器件芯片上温度不同，则都会影响光输出的衰退系数β值的大小。对于LED因其光电参数都是温度的函数因此β与Tj（或特定情况下与Ta环境温度）相关，这可用著名的阿伦尼斯模型耒描走述它们之间的关联。即有：
β（Tj）=βo exp（-Ea/KTj） （3）
式中：β（Tj）是器件PN结上温度为Tj时的衰退系数；
βo：是器件衰退常数；
Ea：器件激活能（对LED一般在0.44~0.46之间）；
K：波尔玆曼常数：8.62*10-5ev；
Tj：LED PN结绝对温度。（用绝对温度表示是要加上273°假山的堆叠K）。
若我们取Ea=0.45，Ta=+45℃，LED芯片到环境间的总热阻为： ∑Rth= Rth1+ Rth2+ Rth3+ Rth4时，以一个1W LED为例。
Tj=Ta+Pd(Rth1+ Rth2+ Rth3+ Rth4)，假设四个热阻分别为（10、1.02、0.2、12）
Tj =45℃+1W*0.7*(10℃/W+1.02℃/W+0.2℃/W+12℃/W)
=61.38℃
于是：β（Tj）=βo exp〔-0.45/8.62*10-5*（61.38+273）〕
=βo exp（-0.45*105/2882.356）≈βo exp（-15.61）
这里对某一类型LED可以通过测试求出它的衰退常数，如果我们仍用前述光通维持率为0.96的LED为例，可求得它的β（0）：
βo=β（Tj）/exp（-15.61）=1.36*10-5*1.66*107≈225.76
求出了βo可以利用（3）式求得不同Tj 时的β（Tj）值，再利用（1）式求得不同Tj
利用已颁布的标准所规定的光通维持率求得的tLife值。再利用不同Tj下求出寿命时间值就可以作出tLife～Tj的关系曲线。
在 已知Ta=25℃的条件下LED芯片上的结温为：42℃。若因Ta变化为48度则Tj=65℃，此时的光通维持率又为多少？我们来推算一下：
=225.76* exp（-15.445）
=2.48*10-5
Φ（65℃）/Φ（o）=exp（-β（65℃）·t
= exp（-0.744）
adsl分离器矿泉水瓶盖 ≈0.9285
即光通维持率应为92.85%
于是：tLife=-1/β（65）·ln（0.7）
大锅抗干扰 =0.3566/（2.48*10-5）
≈1.438*104（h）
对于LED器件与光源模组，知道了在特定条件下，即规定的电功率Pd，工作环境温度Ta及LED器件的热阻Rth1，及PCB板热阻Rth2，散热器热阻Rth3及散热器与环境间的等效热阻Rth4时的光通维持率，就可以推算出该LED器件或光源模组的工作寿命时间的水平。
当然这方面要对一定数量的LED器件或光源模组进行多次光通维持率的多次试验用统计方法处理数据后可评估出该LED器件或光源模组在不同Ta下的平均工作寿命时间。
本文想指出的关键在于如何通过热设计来预知（Tj-Ta）的值，即总热阻的设计。从而向LED应用人员指明该器件在不同的Tj下的平均tLife值的数量及范围，达到可靠工作的设计要求。
王国定
2010.04.18
