基于51單片機的高效散熱LED照明解決方案

以單片機AT89C51為控制核心，將半導體制冷技術(shù)引入到led散熱研究中，采用PID算法和PWM調制技術(shù)實(shí)現對半導體制冷片的輸入電壓的控制，進(jìn)而實(shí)現了對半導體制冷功率的控制，通過(guò)實(shí)驗驗證了該方法的可行性。
　　隨著(zhù)LED技術(shù)日新月異的發(fā)展，LED已經(jīng)走進(jìn)普通照明的市場(chǎng)。然而，LED照明系統的發(fā)展在很大程度上受到散熱問(wèn)題的影響。對于大功率LED而言，散熱問(wèn)題已經(jīng)成為制約其發(fā)展的一個(gè)瓶頸問(wèn)題。而半導體制冷技術(shù)具有體積小、無(wú)須添加制冷劑、結構簡(jiǎn)單、無(wú)噪聲和穩定可靠等優(yōu)點(diǎn)，隨著(zhù)半導體材料技術(shù)的進(jìn)步，以及高熱電轉換材料的發(fā)現，利用半導體制冷技術(shù)來(lái)解決LED照明系統的散熱問(wèn)題，將具有很現實(shí)的意義。

　　1、LED熱量產(chǎn)生的原因及熱量對LED性能的影響

　　LED 在正向電壓下，電子從電源獲得能量，在電場(chǎng)的驅動(dòng)下，克服PN 結的電場(chǎng)，由N 區躍遷到P 區，這些電子與P 區的空穴發(fā)生復合。由于漂移到P 區的自由電子具有高于P 區價(jià)電子的能量，復合時(shí)電子回到低能量態(tài)，多余的能量以光子的形式放出。然而，釋放出的光子只有30%～40%轉化為光能，其余的60%～70%則以點(diǎn)振動(dòng)的形式轉化為熱能。

　　由于LED是半導體發(fā)光器件，而半導體器件隨溫度的變化自身發(fā)生變化，從而其固有的特性會(huì )發(fā)生明顯的變化。對于LED結溫的升高會(huì )導致器件性能的變化和衰減。這種變化主要體現在以下三個(gè)方面：

1、減少LED的外量子效率；

2、縮短LED的壽命；

3、造成LED發(fā)出光的主波長(cháng)發(fā)生偏移，從而導致光源的顏色發(fā)生偏移。大功率LED一般都用超過(guò)1W的電功率輸入，其產(chǎn)生的熱量很大，解決其散熱問(wèn)題是當務(wù)之急。

　　2、半導體制冷原理

　　半導體制冷又稱(chēng)電子制冷，或者溫差電制冷，是從50年代發(fā)展起來(lái)的一門(mén)介于制冷技術(shù)和半導體技術(shù)邊緣的學(xué)科，與壓縮式制冷和吸收式制冷并稱(chēng)為世界三大制冷方式。半導體制冷器的基本器件是熱電偶對，即把一只N型半導體和一只P型半導體連接成熱電偶（如圖1），通上直流電后，在接口處就會(huì )產(chǎn)生溫差和熱量的轉移。在電路上串聯(lián)起若干對半導體熱電偶對，而傳熱方面是并聯(lián)的，這樣就構成了一個(gè)常見(jiàn)的制冷熱電堆。借助于熱交換器等各種傳熱手段，是熱電堆的熱端不斷散熱并且保持一定的溫度，而把熱電堆的冷端放到工作環(huán)境中去吸熱降溫，這就是半導體制冷的原理。

　　圖1 半導體制冷片TEC結構

　　本文采用半導體制冷是因為與其他的制冷系統相比，沒(méi)有機械轉動(dòng)部分、無(wú)需制冷劑、無(wú)污染可靠性高、壽命長(cháng)而且易于控制，體積和功率都可以做的很小，非常適合在LED有限的工作空間里應用。