散熱管理--LED燈的的低功耗設計

散熱管理是新型LED燈中最困難、要求最嚴格且成本最高的設計部分。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等災難性后果。不過(guò)，LED燈的散熱管理是整個(gè)設計方案中最復雜、要求最嚴格且成本最高的部分。本文將探討如何實(shí)施負溫度系數(NTC)散熱管理，以充分提高LED設計的安全性并大幅降低功耗。

傳統的白熾燈泡中，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與驅動(dòng)器電路的連接方式使然。為了實(shí)現散熱，必須將熱量從LED和驅動(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(cháng)期工作的基本前提。

為了解散熱管理的重要性，我們不妨設想這樣一種應用，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標準燈的散熱主要依靠熱對流或氣流來(lái)實(shí)現的，因此這種應用的散熱效果對于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燈或者導致建筑物火災等災難性后果。使用智能LED燈控制功能來(lái)監控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)監控LED燈的溫度來(lái)提升LED燈的安全性并降低設計復雜度。當溫度升高時(shí)，控制器減少流明并借以將LED保持在安全水平之內。換言之，當溫度升高時(shí)，減少流明，反之，當溫度下降時(shí)，則增加流明。

我們可通過(guò)檢測NTC上的電壓來(lái)檢測LED燈的溫度變化。檢測到的電壓與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：在系統強制實(shí)施已知電壓的分壓器電路中使用NTC，并隨后測量NTC節點(diǎn)上的電壓。NTC溫度升高時(shí)，電阻減小。電阻減小將導致分壓器比的變化。NTC節點(diǎn)的電壓也會(huì )隨溫度升高而下降。

方法二、強制已知電流通過(guò)NTC，并測量NTC上的電壓。NTC溫度升高時(shí)，電阻減小。根據歐姆定律，電阻減小將改變NTC節點(diǎn)上的電壓。如電阻減小而電流保持不變，NTC節點(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)境還是因為L(cháng)ED出了故障而導致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所示系統中的流明下降是通過(guò)低功耗的紅色LED指示的。當系統處于最大流明輸出時(shí)，紅色LED關(guān)閉;當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(zhù)流明輸出不斷下降，紅色LED的強度會(huì )相應增加。當流明輸出下降到其最低強度時(shí)，紅色LED將會(huì )完全開(kāi)啟。

圖2