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高功率LED照明设计中的散热控制方案

2010-11-29 16:03
小伊琳
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        与白炽灯钨丝灯泡不同,高功率LED不辐射热量。与之相反,LED将其PN结的热量传导到LED封装的散热金属小块上。由于LED产生的热量采用传导方式散发,因此这些热量需要一个更长、更昂贵的路径才能完全散发到空气中去。目前HB LED通用照明的一个最大商业化障碍就是其散热问题,因此能否彻底有效地解决这问题可以说是赢得客户的关键。本文将为你分享LED照明专家在解决散热问题时的独到经验。

  在迅速发展的LED照明设计中,大多数人将注意力集中在高亮度(HB)LED的调光控制策略上。不过,HB LED照明应用的本质要求我们将更多的注意力转移到散热控制上。

  虽然LED制造商通过大幅提高每瓦的流明数正在降低HB LED照明设计的技术障碍,但与光输出相比,仍有更多的电能转化为要散发出去的热量。因此需要一个散热管理的总体战略,以确保LED散发的热量可控制为一个温度的函数。

  图1中曲线显示了1W LED的典型性能下降特性。正如所期望的那样,这清楚地表明,被恒定电流驱动的LED在到达某一点后,该恒流需要线性地减少,直到在150℃这一点上达到0。恒流下降点和减小斜率取决于机械/散热安排。

  因此电子控制电路必须能够处理触发点设置和增益设置。另外需要记住的很重要一点是, 事实上LED需要能够应付三个潜在的散热源:自发热、环境温度和LED电子控制。如果LED照明采用的是远程电子控制,那么这将不是一个问题,不过EMC可能是一个问题。

  如果我们再去翻教科书的话,我们会发现控制LED的第一个和最明显的方法是通过一个电阻。虽然这是一个低成本的方法,但它不可避免地会导致功率损耗,而这否定或削弱了LED的关键效率属性。

  使用可变电阻作为调光元件的方法对HB LED来说也是不切实际的,因为电阻上消耗的功率太大了,而且需要专用的绕线电阻。

        举例来说,为了驱动一个1W LED,需要从12V电源产生350毫安电流,在全亮度时,约2.5W将被浪费在调光电阻上。而且如果电阻与LED的位置很接近,该电阻产生的附加热量将只会使散热问题变得更加严重。

  当然,导通元件也可以是晶体管,这意味着功耗发生在晶体管,而不是可变电阻上。这种方法通过生成对数响应、以及用于热控制和亮度定义的负(NTC)或正(PTC)温度系数热敏电阻,提供了更多的灵活性。然后,只要稍加一点想象力就可以很容易地想到用光反馈方法来进行自动亮度控制。

  晶体管可采用任何类型:MOSFET、NPN双极型或PNP双极型。令人惊讶的是,一些更崇拜数字技术的工程师仍然认为,MOSFET是这一应用的更好选择,因为它们的低导通电阻!但事实上,不管你选择什么类型的硅晶体管,其线性功耗是一样的。它仍是以热形式表现出来的浪费的功率,而且这一热量需要设计师考虑如何散发出去。

  利用热敏电阻的LED散热控制的最简单实现方法采用了一个PTC元件。这是一个热复位保险丝,它可以用来作为一个过流或过热保护元件,如果它紧靠LED安装的话。这里需要考虑到安全因素。

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