详解LED行业那些傻傻分不清楚的参数

   2015-05-16 互联网13970
核心提示:遍观目前LED指标,在一般宣传中,最容易引起误解的有三个指标,分别是:1、功率;2、寿命;3、效率。
 对于LED而言,所谓“功率”,是指照明产品在一定时间内消耗的总电能。通常,我们用衡量电能的单位“度”来表示,又称千瓦时(kW·h)。LED照明有三个功率,分别是发光功率、驱动消耗功率、总功率,它们的关系是:总功率=发光功率+驱动消耗功率。
LED参数
  人们容易把“总功率”和“发光功率”混为一谈,原则上讲,这样是可以的,但还需要一个前提条件:驱动的消耗功率可以忽略不计。我手上有两个样品,其中样品一实测总功率为11.2W,驱动输出电压为37V,输出电流为260mA,其驱动的消耗功率约为:11.2W- 37V×260mA = 1.58W,驱动的消耗占总功率的比例为:1.58W÷11.2W≈14.1% ,这已经超过总功率的10%,所以不能当做可忽略的功率。
  此外,这个产品驱动的效率约为86%,总功率是11.2W,而灯具的标称功率上写着12W,两者之差小于10%,这个是可以接受的。但是如果宣传的时候说发光功率为12W,这就不可以接受了,因为发光功率实际只有9.6W多一点,二者之差已经大于10%。
  另一个样品,其总功率为11.87W,驱动输出电压为96V,输出电流为120mA。驱动消耗的功率为:11.87W- 96V×120mA = 0.35W,其驱动功耗占总功率的比例为:0.35W÷11.38W≈3%,这样的功率消耗可以被忽略。这个驱动的转化效率为:96V×120mA÷11.87W≈97%。那么这个产品的发光功率为11.52W,总功率为11.87W。在这种情况下,我们才可以把发光功率和总功率“混为一谈”。
  前两年,很多厂商一直把发光功率当成总功率来宣传,如此,其总功率实则变小了。而近来,厂商又把总功率当发光功率来说,同样地,如此宣传的话,发光功率却被高估了。
遍观目前LED指标,在一般宣传中,最容易引起误解的有三个指标,分别是功率、寿命和效率。本期,我们继续讨论参数——寿命。
 
寿命与功率类似,寿命常用的概念也有3个,分别是:1、灯珠的单体寿命;2、实际应用中灯珠的寿命;3、驱动的寿命。这3个寿命概念构成了灯具的寿命,并且其中寿命最短的部分决定了灯具的寿命。
 
在这里,我要说明一个常见的错误,就是5万小时的说法,这个说法源于CREE,在其官网上有特别的说明,其大意就是:Cree找了一个独立的第三方实验室,按照LM-80的标准测了一下它们的灯具;结果,在“正常使用条件”下,测量了6000小时后,得到了灯具寿命为50000小时的结果。Cree还提醒注意,任何初始条件或参数的改变将会不同程度地影响LED的使用寿命。
 
请注意这段话:第一、Cree并没有给出独立第三方实验室的名称,所以原始记录是不公开的;第二、Cree并没有给出所谓的“正常使用条件”的含义,请注意这个条件可以和“日常使用条件”不一致;最后,Cree提醒到,初始条件或者参数的改变都会影响到LED灯具的寿命。从以上叙述看出,这个实验仅供参考,并不十分严密,所以“5万小时寿命”一说并不能当作宣传的可靠依据。
 
一般来说,在充分散热的情况下(这里指结温,英文写作Tj,在850C的工作情况下),LED单体灯珠的寿命可以达到3.5万小时。这个单体寿命和LED在灯具实际工作的情况下是可以比较的。当然,由于目前市场上很多灯具做不到所谓的“充分散热”,也就是说,往往LED灯珠的结温在950C或1000C,甚至更高的情况下,那么实际应用中灯珠的寿命要更短。所以一般来说,实际应用中灯珠的寿命要比LED单体灯珠的寿命短,尤其是在灯具结构不合理,散热得不到充分保障的情况下。
 
最后说到LED的“老大难”问题,就是目前市场上主流驱动的寿命要远低于LED灯珠的寿命。当然,问题的本质是由于驱动技术结构的不合理,导致效率不高,以至于温升偏高;由于技术结构导致的温度分布不均匀,进而大大降低了LED驱动的寿命。

相对LED的功率和寿命两个概念,效率的概念显得相对复杂。首先,一般的效率有3个,加上平时混淆的就有5个概念(详见表1),再加上灯具由结构产生的光转换效率共有6个概念,总共可以分五类。在表中,我们给出了其中的四类:

首先,对于单颗灯珠,分别有两个效率的概念:1、灯珠发光效率,即每输入1W的电能,能够发多少光,这个效率是衡量单颗灯珠发光效率的指标,而不是衡量整灯发光效率的指标,所以单体灯珠的发光效率只是决定整灯发光效率的基础,而不等于整灯发光效率;2、灯珠转换效率,指每输入1W的电能,有多少电能被用来发光。发光效率一般用得比较多,转换效率通常用来评估芯片的发展水平。

其次,在应用环境下的灯珠效率一般不太用到,不过我本人比较喜欢用来评估一批次灯珠的质量,就是在不考虑驱动的情况下,灯珠直接在灯板上消耗的功率和灯板发光总量的比值。这样算出来的流明瓦数可以反映一批灯珠的平均发光效率,从而确定一批次灯珠的质量。

另外,驱动的效率可能熟悉的人比较多,就是输入驱动的功率和驱动输出的功率之比就是驱动的转化效率。

最后一个是大家关心的重点,即整灯发光效率。这个公式很简单,就是灯具的发光总量和输入总功率的比值。对于由于灯具结构产生的光转换效率可能特殊一点,灯具结构的光转换率 = ,其定义是:在灯板上发出的光和最后由整灯发出的光的比值,这其中至少要差一个由于扩光板或透光板对光衰减。

在常见的宣传中,经常有人把整灯的发光效率和单颗灯珠的发光效率相混淆。对于它们之间的关系,我们可以粗略认为:整灯的发光效率 = 应用环境下灯珠的发光效率 -驱动的转换效率 -结构的光转化效率。

在这个关系式中,我们可以看出,整灯的发光效率应该小于灯珠的发光效率,除了上文说到的驱动转换效率带来的影响,还有一个经常为大家忽视的问题,就是灯具结构的影响。灯具结构的影响不仅仅是指扩散板带来的影响,特别是对于侧发光类型的灯具,其光转换效率显得非常的低,可以说是制约侧发光类型灯具的一个瓶颈。所以,如果我们说整灯的发光效率时,应该扣除驱动的转换效率和灯具结构的转化效率。

效率在LED照明中是一个比较复杂的概念。同时我们还要指出,效率并不是一成不变的,而是会随着工作环境的变化而变化的,比如工作的温度都会使效率发生改变。所以当我们谈论LED效率的时候,不仅要明确指出究竟是哪个效率,还要指出是什么环境下的效率。

 
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