LED 大灯到底能产生多少热量?

光能的产生一般都会伴随热量产生,灯泡在发光的过程中都会产生热量,LED灯泡在发光的过程,就是个电能转换成光能,在这个转换过程中,不可能所有的电能都转换成光能,根据能量守恒定律,剩余的一部分电能就会转换成热能。热量产生到底有多少?决定于半导体发光二极管的发光效率。如果发光二级管的发光效率能到到40%或者50%,那么剩下的60%或50%的电能就会以其他形式转换成热能。在P-N结构的工作下,将电能经过各种介质转换成我们肉眼可以见的光能。因此发光二极管的发光效率,要考虑到LED电路中电流的输入率、LED芯片发光效率、芯片外部的光传递率等因素。

而随着LED灯泡的使用,LED芯片的稳定会升高,温度升高会进一步降低发光效率,导致更多的热量产生,以至于产品一个恶性循环,产生更多的问题。但是LED灯泡到底能产生多少热量呢?

LED在发光的过程中,有物理学知识解释,LED的P-N结构中,在电场的作用下,很多游离的电子获得了电能,从N区跃迁到P区,并且在P区发生复合,复合时游离的电子释放多余的能量,这些能量以光子的形式释放,这中间的能量差,就会转换成热能。

而在电子由一个N区进入到另一个P区,中间的过程中会遇到电阻,也会做功,消耗一部分电能,消耗的这部分电能最终会转换成光能。在物理学的解释下,普通的二极体,在发生电子空穴对的复合是由于能级差Eg的因素,释放的光子光谱不在可见光范围内。

所消耗一部分的电能符合电子学的基本定律:

功率:P =I2 R =I2(RN ++RP )+IVTH

式中:RN 是N 区体电阻,RP 是P 区体电阻。

消耗的功率产生的热量为:

Q = Pt

式中:t 为二极体通电的时间。

本质上,LED 依然是一个半导体二极体。因此,LED 在正向工作时,它的工作过程符合上面的描述。它所它所消耗的电功率为:

P LED = U LED &TImes; I LED

上式中:U LED 是LED 光源两端的正向电压

I LED 是流过LED 的电流。

这些消耗的电功率转化为热量放出:

Q=P LED &TImes; t

式中:t 为通电时间

但是实际上,电子从N区跃迁到P区,并在P区复合时,并不是将外部的电能直接转换的,而是本来N区的电子能量就比P区高,只是在外电厂的作用下,推动N区的电子向P区定向移动,而电子在N区和P区本身的能量差,并不是外电厂提供的,这个能量差取决于LED的材料本身。所以在一定程度上,LED热能的产生,其根本原因就是LED发光效率不高,使得电能没有办法高效的转换成光能,才会导致多余的能量以热能的形式释放。所以现阶段,我们要从根本上提高LED的发光效率,例如,通过提高LED芯片的封装技术、LED电阻的合理使用、LED驱动的高效使用等,来减少热量的产生。

 

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