热/冷因数和LED效能的关系

节能是LED卖点与技术的关键结合之一。相比于传统的灯泡，LED可显著降低照明用电的消耗，并提高照明系统的效能。虽然其优势是显著的，但有一个不利因素：在同样的驱动电流下，结温增加会导致光输出下降，这一变化造成了光输出和效率的一并下降。

为了弥补这一现象，设计人员经常采取用低电流驱动更多LED的方法来保持一个合理的结温。多个LED的使用有可能消耗额外的功率，增加系统成本。但是，像lED的热/冷因数可以减少影响并提高系统的性能。

什么是冷/热因数

这一术语将结温描述为光输出降低的函数，业界并没有为在该因素加以界定标准。较低的温度始终是25℃（室温），但较高的温度可以是LED限定内任何值。在本文中，我们定义热/冷因数为光输出在25℃和100℃时的比例。图1显示了标准光通量与散热片温度的关系。采用散热片温度相当于在非常短的脉冲测试条件下的LED结温。


图1 散热片温度和光通量的关系

在25℃时，标准光通量为1，在100℃时，为0.84，因此冷/热因素是0.84。这意味着散热片温度为100℃时，LED将失去16％的光通。



冷/热因数的影响

乍一看，16％的LED光通减少量影响可能不大。然而，当考虑到一个照明装置由多个LED组成时，这个问题就严重了。用 10个LED组成的嵌筒灯同一个LED组成的手电筒比较，热/冷因数的影响就显现出来了。

对于一个普通的用户而言，手电筒16lm的光输出减少并没有对其应用产生严重影响。然而，160lm的光输出减少对嵌筒灯则是影响巨大的，因此需要添加一个或更多的LED，以补偿光线损失。这样，嵌筒灯的整体功耗和成本会增加。能源之星对LED灯具发光效率有着严格的要求，这样的光输出减少使其很难达到这些要求。

改进的冷/热因数

最新的LED技术在外延水平、荧光粉、模具附件等方面都有进展，热/冷因数也相应地得到了改善。

目前，市场上的一些高功率LED的热/冷因数为0.94。这意味着LED在100℃条件下工作时，将失去6%的标准光通。图2给出了典型和改进的热/冷因数下的光输出降低函数。


图2 改进的热/冷因数使得LED的亮度有了明显的改进

热/冷因数的改善增加了LED的工作温度范围，让照明设计师有机会在LED极限内的任何结温下工作。

性能比较

在许多情况下，很多LED供应商提供的产品说明书中会给出很高的光输出率。灯光设计师可能会过早断定在数据表中有较高光输出的 LED将在现实世界中表现更好。但这可能是一个错误的结论，因为数据表中所有的值都限定在LED结温为25℃的时候。照明系统中LED的性能必须在更高的结温下评定。一旦这样做了，才能按照真实条件的对比挑出更好的产品。

举一个例子，对两个暖白光LED进行分析（见表2）：LED1有一个改进的热/冷因数，LED2则拥有一个典型的热/冷因数。



在数据表描述的25℃结温和350mA的前向电流下，LED2的性能比LED1要好。但是，更实际的比较将在更高的结温下进行（见表3）。



由于LED1的高热/冷因数，9个LED1的总光输出比10个LED2高出50lm。尽管在25℃时，LED1的额定光通低于LED2，但在350mA的电流驱动下，其性能要超过LED2。图3（左）显示了LED1在任何前向电流的驱动下，都比LED2高出100mA。图3（右）显示了在同样的电流驱动下，LED1的效能要高过LED2。


图3  9个LED1和10个LED2的性能比较

因此，提高热/冷因数能显著提高运行在更高结温下的LED性能，可以用更少的LED获得同样的光输出，以降低功耗和系统整体成本。为一个特定应用选择LED时候，重要的是要评估真实条件下的LED表现，而不是只依靠数据表。

作者：Future Lighting Solutions公司 Muhamad Moussa