解毒Luxeon 大功率 LED

lymex 发表于 2004-11-23 01:13

呵呵, 题目写错了, 应该是"解读" Luxeon LED, 都是拼音惹的祸.
LED是LED手电的基础, 而Luxeon的LED又是公认为最好的. 本文试图对Luxeon网站上的数据表文件的统计分析得出一些数据和结果.
Luxeon最开始生产1W系列, 由于功率大光色好, 广泛用于照明和指示, 自然也大量用于LED手电中.
III家族(3W)是目前应用前景最广的, 驱动电流700mA-1000mA, 对于便携式手电来讲电流和功率稍大但可以承受, 输出达到80流明非常可观. 
至于V家族(5W系列), 可以看到, 驱动电流还是700mA, 比3W的最大1000mA还要小些, 但压降大了一倍. 说明是采用了两只3W管芯串连的. 
另外, V家族分成普通的和Portable的区别, 前者是单色LED, 而后者是白色LED. 从发光通量上看, 典型值为120流明. 与两只80流明的160相比少了一些, 大概主要是散热的原因. 想想看, 两只3W的管芯紧密的集成在一起, 仍然能够承受5W的功率已经不错了. 

每一家族, 分成Emitter和Star两类包装. 简单的说, Emitter就是最原始的发射体, 而Star又加了个承载片(散热和装配用)而已, 其电气性能完全一样. 但为了引用方便还是在表中重复了一下, 因为有些数据表是不同的. 如图, 左边的是Star, 右边是Emitter.

至于Emitter和Star的区别参见此贴:
<a href="http://www.shoudian.org/dispbbs.asp?boardID=10&ID=5286&page=1" target="_blank" >http://www.shoudian.org/dispbbs.asp?boardID=10&ID=5286&page=1</A>

以下分析所用图表, 主要来自III系列

首先, 看颜色与发射光谱
白色LED都是在蓝色LED的基础上, 加上荧光粉而得到的. 从光谱曲线上可以看出在440nm附近仍然遗留一个蓝色峰值. 550nm附近的峰值是绿色的, 这个点对人眼的感觉最灵敏. 假如荧光粉过量, 这部分就加大, 颜色发黄. 反之颜色发蓝.

第二, 看正向特性
显然, 3V以下电流很小. 因此, 白色/蓝色LED是不能直接用两节干电池或普通两节充电池驱动的;
另外, 一旦点亮, 电流随电压变化很大, 特性很硬, 有一种恒压/稳压特性. 因此, 有些电子制作甚至用LED作为稳压管子来用并兼做指示. 这也说明LED不能用电池来直接驱动, 因为任何电压的变化(例如温度变化, 尤其是电池的型号品牌和新旧程度的不同)都会使得LED的电流发生很大的变化. 其影响轻者造成开始驱动过量反而效率不高造成电池消耗快, 并使得后期光度不足, 重者会使得LED加速老化甚至烧毁. 因此, LED的驱动都要求是恒流的, 至少是限流的. 这样才能在电池电压变化的情况驱动电流因此发射功率保持不便, 同时也能够适用于多种电池.

第三, 功率和驱动
小功率的LED, 随着驱动电流的增加, 其输出功率是很线性的成正比的. 我自己用大面积的光电二极管(注意不能使用光电池, 其小输入情况特性很差)装了一个简单的测试电路, 测试过5mm高亮LED的驱动特性, 从几微安一直到70mA, 输出线性度非常好. 要知道这样的LED额定为20mA最大为30mA. 但是, 前一段时间我测试了一个1W的白色LED, 线性度就不好, 随着电流的增加, 输出光通量就增加的缓慢起来.
从图表上看, 有意的舍去小电流段, 使得曲线看起来更直一些. 事实上, 曲线是否直并不重要, 重要的是是否这个直线是从原点上出来的. 这样, 3W的LED在700mA下的效率大约是每瓦25流明, 但电流增大到1000mA的时候, 就减少到20多流明每瓦了.

补充了两条线, 可以分析出, 在700mA的情况下, 如果发射效率仍然能保持在50mA是的一样, 那么光通量就不是现在指标的80lm, 而是接近120lm. 也就是说, 光效率此时达到了每瓦30流明.

第四, 结温和最大允许驱动电流
可以见到, 曲线有好几个, 这是针对不同散热情况而言的. 散热片越大, 热阻越小, 就允许更大的温度拐点. 拐点之后, 最大允许驱动电流从1000mA直线下降到135度的0.

第五, 结温和输出
上面好多图表都是在25度场合下的曲线. 当温度升高时, LED的特性将变坏, 主要体现在光的输出变低. 35度的情况下可以输出额定的90%, 75度的情况下输出降为75%, 而85度只能降额驱动输出就只有65%了, 因此, 增加散热措施是非常重要的, 不仅增加光输出, 而且还会减缓老化

第六, 寿命
普通认为LED的寿命特别长, 几乎可以忽略. 但大功率LED的寿命还是有限的. 所谓寿命, 并非到了时间马上就不亮, 而是发光效率降低到了一个台阶, 比如70%. 对于1W白色LED, 在350mA的额定电流下的寿命是5万小时, 对于3W白色LED, 700mA下的寿命类似, 也是是5万小时到70%, 但1000mA下的寿命就缩短到2万小时到50%. 而对于5W的白色LED, 寿命比较短, 仅500小时. 

最后, 发光体大小与发射角度
这个在数据表中没有说明, 但光线的会聚和大功率LED的一些特性直接影响到了手电的特性. 我们知道, 要想光线会聚效果好, 要求发光体比较小, 会聚镜比较大. 撇开光的衍射效应不谈, 基本上理想情况下能做到, 发散角度(弧度)=发光体线度/聚光体线度. 例如, 假如反光碗的直径是发光体直径的10倍, 那么在10m的距离上就可以做到光斑直径为1m.
普通5mm的LED, 发光体比较小, 不到1个毫米, 因此会聚程度为1/5强. 但大功率的白色LED, 发光体比较大, 比白炽灯泡要大不少, 因此在相同反光碗的情况下会聚程度不太好.

[此贴子已经被作者于2004-11-26 17:04:02编辑过]

xiaochan 发表于 2004-11-23 02:09

好~

坦克发表于 2004-11-23 04:47

好贴要顶！

阿喔里 发表于 2004-11-23 05:13

边顶边学习。

棒冰小子 发表于 2004-11-23 18:11

学习中....

失地农民 发表于 2004-11-23 19:43

够详细，要看好几边才能融会惯通。

luojie_37 发表于 2004-11-24 03:26

大开眼界

西门吐血 发表于 2004-11-24 04:03

8错8错
<DIV class=quote>以下是引用肥P在2004-11-21 12:50:29的发言：

funder好啊，我是在无忌上看了你的帖子才过来转的，然后转到了CPF，弄到现在连SF也不想要了，想直接上McGizmo的Apleh了升温比较快。
关于你的问题，我也弄了很久，看了很多Luxeon的datasheet，好上Star的那个“Star”就是一个有散热能力的PCB，所以把Heatsink直接贴在那个Star下面就能用了。是为了方便大家而设计的，star上面那些孔是拿来拧螺丝的。
Star上的Emitter就是普通的Emitter，没有Star好用，不过对于Mod来说，Emitter比较好。因为有更大的设计自由度。
不知道讲的对不对，还请DX指正！
以下是从Kj\'s Gallery上copy的.
<H2>How to Remove Emitter from Star Heatsink</H2>

<TABLE summary="This table is used to layout graphics.">

<TR>
<TD colSpan=2>Step 1. Desolder leads from solder points. Use a knife, tweezers, pin or something to space the leads from the star heatsink. </TD></TR>
<TR>
<TD class=image_medium><IMG src="http://www.obaq.tv/cpf/images/McCapsule_Build_LED.jpg"> </TD>
<TD class=image_medium><IMG src="http://www.obaq.tv/cpf/images/McCapsule_Build_Desolder_LED.jpg"> </TD></TR>
<TR>
<TD colSpan=2 PADDING-LEFT: PADDING-BOTTOM: 0px; PADDING-TOP: 1em?>Step 2. Clamp the star heatsink using pliers and/or vise and bend the heatsink. The emitter will pop out. </TD></TR>
<TR>
<TD class=image_medium><IMG src="http://www.obaq.tv/cpf/images/McCapsule_Build_Bend_Star.jpg"> </TD>
<TD class=image_medium><IMG src="http://www.obaq.tv/cpf/images/McCapsule_Build_LED_Pops_Out_Of_Star.jpg"> </TD></TR>
<TR>
<TD>Step 3. Polish the slug on the backside of the emitter. </TD></TR>
<TR>
<TD class=image_medium><IMG src="http://www.obaq.tv/cpf/images/McCapsule_Build_Polish_LED_Slug.jpg"> </TD></TR></TABLE></DIV>
[此贴子已经被作者于2004-11-23 20:06:23编辑过]

不死鸟 发表于 2004-11-24 20:59

所以不喜欢5W，耗电量提高最多，亮度没有等比例提高，寿命降低太多太多……价格还贵，要求电压又高。3W是目前比较好的东西。

sy147 发表于 2004-11-25 11:50

好贴呀好贴！收藏下来学习！

大师1979 发表于 2004-11-26 04:55

<DIV class=quote>以下是引用阿喔里在2004-11-22 21:13:19的发言：
边顶边学习。</DIV>
<DIV class=quote> </DIV>看了好几遍了，太深了

lymex 发表于 2004-11-27 01:09

完全同意楼上不死鸟. 况且3W在1000mA的驱动下, 实际上是3.9W, 介于3W和5W之间, 而5W的实际功率是4.8W, 只比3W大电流驱动时高0.9W而已.不过, 5W的寿命指标只有500小时, 实在令人想不通.

jjlqg 发表于 2004-11-27 01:45

好帖子，收藏．

失地农民 发表于 2004-11-27 20:30

<DIV class=quote>以下是引用ohhyee在2004-11-27 12:21:31的发言：

好贴，很多人看不明白，概跨一下：
1、颜色与发射光谱 在440nm附近仍然遗留一个蓝色峰值. 550nm附近的峰值是绿色的, 这个点对人眼的感觉最灵敏. 假如荧光粉过量, 这部分就加大, 颜色发黄. 反之颜色发蓝。
2、电压特性 一旦点亮, 电流随电压变化很大，因此, LED的驱动都要求是恒流的, 至少是限流的. 这样才能在电池电压变化的情况驱动电流因此发射功率保持不便, 同时也能够适用于多种电池。
3、功率和驱动 大功率的LED，线性度就不好, 随着电流的增加, 输出光通量就增加的缓慢起来.3W的LED在700mA下的效率大约是每瓦25流明, 但电流增大到1000mA的时候, 就减少到20多流明每瓦了。
4、结温和最大允许驱动电流 对不同散热情况而言，散热片越大, 热阻越小, 最大允许驱动电流从1000mA(0~60度左右)直线下降到0mA（135度）。
5、结温和输出 当温度升高时, LED的特性将变坏, 主要体现在光的输出变低. 35度的情况下可以输出额定的90%, 75度的情况下输出降为75%, 而85度只能降额驱动输出就只有65%了, 因此, 增加散热措施是非常重要的, 不仅增加光输出, 而且还会减缓老化。
6、寿命 大功率LED的寿命还是有限的. 所谓寿命, 并非到了时间马上就不亮, 而是发光效率降低到了一个台阶, 比如5万小时到70%. 对于1W白色LED, 在350mA的额定电流下的寿命是5万小时, 对于3W白色LED, 700mA下的寿命类似, 但1000mA下的寿命就缩短到2万小时到50%. 而对于5W的白色LED, 寿命比较短, 仅500小时。
7、发光体大小与发射角度 光线的会聚和大功率LED的一些特性直接影响到了手电的特性. 要想光线会聚效果好,就要求发光体比较小, 会聚镜比较大, 撇开光的衍射效应不谈, 基本上理想情况下能做到,假如反光碗的直径是发光体直径的10倍, 那么在10m的距离上就可以做到光斑直径为1m.大功率的白色LED, 发光体比较大, 比白炽灯泡要大不少, 因此在相同反光碗的情况下会聚程度不太好。

</DIV>

兄弟你也解释得看，这样看起来更轻松。

ninjai 发表于 2004-11-27 23:32

好帖！赞！现在光色一致性最好的据说是3瓦的。

ljh1806 发表于 2005-2-27 18:52

开眼了，谢谢楼主了！

hkxhy 发表于 2005-2-28 00:26