散熱管理--LED燈的的低功耗設(shè)計(jì)

散熱管理是新型LED燈中最困難、要求最嚴(yán)格且成本最高的設(shè)計(jì)部分。如果不進(jìn)行充分的散熱管理，將會(huì)造成照明失效或火災(zāi)等災(zāi)難性后果。不過(guò)，LED燈的散熱管理是整個(gè)設(shè)計(jì)方案中最復(fù)雜、要求最嚴(yán)格且成本最高的部分。本文將探討如何實(shí)施負(fù)溫度系數(shù)(NTC)散熱管理，以充分提高LED設(shè)計(jì)的安全性并大幅降低功耗。

傳統(tǒng)的白熾燈泡中，不與任何東西直接接觸的燈絲是唯一熱源。而對(duì)于LED燈而言，LED即是光源，LED的散熱直接與LED燈泡相接觸。這種直接接觸是受LED與驅(qū)動(dòng)器電路的連接方式使然。為了實(shí)現(xiàn)散熱，必須將熱量從LED和驅(qū)動(dòng)器電路中釋放出去或者加以有效管理，同時(shí)這也是讓LED燈保持長(zhǎng)期工作的基本前提。

為了解散熱管理的重要性，我們不妨設(shè)想這樣一種應(yīng)用，在壁燈或吊頂燈等通用照明插座上替代安裝LED燈，并用墻壁開(kāi)關(guān)來(lái)控制LED燈。由于壁燈或吊頂燈等大多數(shù)標(biāo)準(zhǔn)燈的散熱主要依靠熱對(duì)流或氣流來(lái)實(shí)現(xiàn)的，因此這種應(yīng)用的散熱效果對(duì)于LED燈而言不太理想。

如果不進(jìn)行有效的散熱管理，則會(huì)帶來(lái)需要頻繁更換失效的LED燈或者導(dǎo)致建筑物火災(zāi)等災(zāi)難性后果。使用智能LED燈控制功能來(lái)監(jiān)控LED燈的溫度是較為簡(jiǎn)單的散熱管理辦法，同時(shí)由于LED燈能在溫度升高情況下降低功率，因此安全性也將會(huì)得到大幅提升。

NTC散熱管理

NTC電路的基本原理是通過(guò)監(jiān)控LED燈的溫度來(lái)提升LED燈的安全性并降低設(shè)計(jì)復(fù)雜度。當(dāng)溫度升高時(shí)，控制器減少流明并借以將LED保持在安全水平之內(nèi)。換言之，當(dāng)溫度升高時(shí)，減少流明，反之，當(dāng)溫度下降時(shí)，則增加流明。

我們可通過(guò)檢測(cè)NTC上的電壓來(lái)檢測(cè)LED燈的溫度變化。檢測(cè)到的電壓與NTC的溫度有直接關(guān)系，而NTC的電阻會(huì)隨NTC及其周邊電路溫度的升高而下降。使用NTC確定溫度有兩種基本方法。

方法一：在系統(tǒng)強(qiáng)制實(shí)施已知電壓的分壓器電路中使用NTC，并隨后測(cè)量NTC節(jié)點(diǎn)上的電壓。NTC溫度升高時(shí)，電阻減小。電阻減小將導(dǎo)致分壓器比的變化。NTC節(jié)點(diǎn)的電壓也會(huì)隨溫度升高而下降。

方法二、強(qiáng)制已知電流通過(guò)NTC，并測(cè)量NTC上的電壓。NTC溫度升高時(shí)，電阻減小。根據(jù)歐姆定律，電阻減小將改變NTC節(jié)點(diǎn)上的電壓。如電阻減小而電流保持不變，NTC節(jié)點(diǎn)上的電壓也會(huì)下降。

就改進(jìn)操作、提高安全性而言，這兩種監(jiān)控LED燈溫度的方法實(shí)施起來(lái)都很簡(jiǎn)單直接。圖1是使用LED作為升溫源頭的這兩種方法的原理圖。

圖1：使用NTC確定溫度的兩種基本方法。

溫度過(guò)高還是LED故障?

LED燈的流明輸出下降時(shí)，了解是否因過(guò)高的溫度環(huán)境還是因?yàn)長(zhǎng)ED出了故障而導(dǎo)致LED輸出下降至關(guān)重要。我們可用顯示流明下降的指示器來(lái)確定下降原因。

圖2所示系統(tǒng)中的流明下降是通過(guò)低功耗的紅色LED指示的。當(dāng)系統(tǒng)處于最大流明輸出時(shí)，紅色LED關(guān)閉;當(dāng)LED燈溫度升高時(shí)，流明輸出則會(huì)下降，而流明輸出下降時(shí)，紅色LED即會(huì)開(kāi)啟。隨著流明輸出不斷下降，紅色LED的強(qiáng)度會(huì)相應(yīng)增加。當(dāng)流明輸出下降到其最低強(qiáng)度時(shí)，紅色LED將會(huì)完全開(kāi)啟。

圖2