延长led电光源使用寿命的方法及装置的制造方法
【技术领域】
[0001]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】
[0002]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。
[0003]根据阿雷纽斯法则，LED结温(近似为管芯温度)每降低10°C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°c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°C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100mA (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°C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°C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。
[0004]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】
[0005]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。
[0006]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。
[0007]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:
[0008]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。
[0009]优选的，每一个LED芯片的工作功率为额定功率的70% -80%。
[0010]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。
[0011]优选的，每一个LED芯片的工作功率为额定功率的70% -80%。
[0012]通过增加若干LED芯片弥补输出有效功率的减小。
[0013]同时对于路灯类LED光源其结构特点，本发明还公开了延长LED电光源使用寿命的装置，包括依次连接的电源、驱动模块以及LED灯组，在LED灯组上还连接有保护模块；所述LED灯组包括LED芯片以及附加LED芯片。
[0014]在原有LED灯组中再增加若干LED芯片对照明亮度进行弥补。
[0015]所述电源能够将市电提供的220伏交流电整流成装置所需的直流电流源。
[0016]所述电源也可以利用太阳能电池板作为电源直接为负载装置提供直流电流源。
[0017]所述驱动模块由DC-DC电路和LED恒流驱动电路构成；DC_DC电路将电源提供的直流电升压或降压至LED灯组所需的额定电压，再通过LED恒流驱动电路给LED灯组中的每一个LED芯片提供一个恒定的低于额定电流的工作电流，使每个LED芯片处于低于额定功率的工作状态，从而达到有效降低LED结温，延长使用寿命的目标。
[0018]所述LED灯组处于低于额定功率的工作状态，如果不增加LED芯片的数量，则会出现该盏灯照明亮度不够满足技术要求的情况。在实际应用中，路灯整壳中存在安装更多LED芯片的空间，所以可通过适当增加LED芯片的数量对照明亮度进行相应的弥补。
[0019]由于多安装LED芯片会引起路灯成本的上升，但与使用过程中因为温度影响LED路灯使用寿命短而频繁更换路灯的巨大费用相比，前者就显得微乎其微。
[0020]所述保护模块包括过温度保护和过电压保护。
[0021]所述装置在降低LED结温、延长使用寿命的同时，还能提高LED芯片电光转换效率，增加发光量，减慢封装材料环氧树脂的老化。
[0022]针对LED型路灯在安装以及随后的保养和试用期到后更换极不方便的特点，根据目前采用各种外部结构以自然散热方式仍然无法获得较理想结温并且已经成为影响其寿命主要因素的现状，究其原因是这种自然散热结构及其封装材料在现有技术成果基础上已近乎完善再无潜力可挖，那么如果能够在保证主要性能参数条件下减小发热源产生的热量，无疑将是通过降低结温方式有效延长寿命同时提高电光转换效率的有效途径。具体是通过减小每一个芯片工作电流的方式使其始终处于低于额定功率的工作状态一轻载状态，从而产生更少的热量并经过自然散热后达到有效降低结温的效果，并同时实现固体光源工作寿命有效延长以及提高电光转换效率的目标；而由此导致的输出有效功率减小的问题，再通过适当增加安装一定数量LED芯片的方法进行弥补，因为在路灯中多安装若干LED芯片的空间是存在的和富裕的，所以这种方法是可行的。虽然由于多安装LED芯片引起路灯成本上升，但与使用过程中因为结温高导致光衰从而频繁更换路灯的巨大管理费用相比，前者就显得微不足道，从而使得该方法具有很高的实用价值。
[0023]本方法能够很好的应用于路灯照明类LED光源以此延长寿命但是不局限于此应用领域，在整个LED光源的散热系统中都是有效的。只不过有些使用场合因为弥补由此减小的功率的LED芯片安装空间受到限制，所以还需要相应的措施在采用此方法降低结温的同时另想办法弥补功率减小的问题。
[0024]有益效果:本发明不但寻找了一条有效降低LED结温以延长其寿命以及相