如何選擇高亮度LED并使其正常運作

如果LED這么有效率，為什么我們還需要對LED進(jìn)行溫度控制和監控？LED運作時(shí)的溫度沒(méi)有低于白熾燈的光源嗎？事實(shí)證明，LED雖然比鎢絲燈泡具備更好的效率，但是仍然產(chǎn)生了大量的熱能。白熾燈泡產(chǎn)生的熱能主要可以透過(guò)紅外線(xiàn)輻射方式進(jìn)行散熱，但是，LED在半導體二極管的結構中除了產(chǎn)生熱能外，也會(huì )產(chǎn)生光子。這種熱能不屬于輻射光譜，必須透過(guò)傳導和對流的方式才能排除。

如果LED在比較熱的條件下運作，會(huì )出現一些問(wèn)題。LED的亮度會(huì )隨著(zhù)溫度的上升而明顯變暗。另外，LED的顏色也會(huì )隨著(zhù)溫度的變化而改變，如此可能會(huì )在需要保持顏色一致的應用上產(chǎn)生問(wèn)題，例如由RGB產(chǎn)生的白光。在設計驅動(dòng)器電路時(shí)，應該要考慮到LED順向電壓會(huì )因為溫度改變而產(chǎn)生變化這類(lèi)型的電子特性，如果LED以并聯(lián)配置共享電流，則LED順向電壓的變化可能也是一個(gè)問(wèn)題。長(cháng)期暴露在高接面溫度的環(huán)境下，將加速LED的老化現象，并降低其使用壽命和可靠性。因此，在設計系統時(shí)，必須使其在LED的溫度規格范圍之內運作。這通?？墒褂蒙崞鱽?lái)達到目的，例如在印刷電路板上采用較大的銅質(zhì)區域、附加散熱器，或使用加強耐熱型/金屬印刷電路板(PCB)來(lái)裝載LED；此外，也可以使用強制氣流。

不過(guò)，對于不正常的氣候變化所產(chǎn)生的高熱或是散熱裝置失效等意外狀況，可以實(shí)行一套故障安全機制應對。大部分的降壓拓樸LED驅動(dòng)器都具有熱關(guān)閉功能，因此若驅動(dòng)器超出指定的溫度（通常是125到150℃），則會(huì )關(guān)閉驅動(dòng)器與LED。升壓拓樸驅動(dòng)器將會(huì )保護其本身，而不會(huì )在關(guān)閉時(shí)加載，因此需要針對LED使用撬桿電路或其他保護裝置。在任一種情況下，LED的溫度可能會(huì )高于驅動(dòng)器的溫度，因此LED本身需要自己的溫度傳感器和監控電路的故障安全保護裝置。這種溫度傳感器可以減少或關(guān)閉LED的電流、開(kāi)啟冷卻風(fēng)扇，并且可以對使用者或維修人員提供告警機制。LED的溫度傳感器類(lèi)型

一般來(lái)說(shuō)，溫度傳感器的準確性必須提供足夠的彈性，以便能夠偵測到溫度過(guò)熱的問(wèn)題，同時(shí)又不會(huì )在正常操作溫度下觸發(fā)故障警示。舉例而言，如果系統的一般操作溫度為80℃，而其需要偵測不超過(guò)100℃的故障條件，則若使用 +/- 2℃ 準確度的溫度傳感器系統時(shí)，可將其允許值設定為98℃即可，但若使用 +/-10℃ 準確度的溫度傳感器系統，則將其允許值設定為90℃已是最低值。

適用LED的離散式溫度傳感器，包括會(huì )隨溫度變化而改變電阻值的熱敏電阻。熱敏電阻的價(jià)格便宜，且具有較高的敏感度，但為非線(xiàn)性，因此需要進(jìn)行初始校準。熱敏電阻適用于運作溫度范圍為50℃到150℃的系統。

另一種選擇是使用熱電偶。傳感器的電壓會(huì )隨溫度變化而改變，同時(shí)會(huì )產(chǎn)生電流，因此不需要使用獨立的電源供應。它們的敏感度低于熱電偶，但已足夠LED使用。其提供的溫度范圍已遠遠超出LED所需，目前已廣泛應用于其他應用中。相對于熱敏電阻，其成本較高。這兩種傳感器都需要使用一些模擬電路，這些模擬電路可能是與微控制器介接，以便修正溫度變化產(chǎn)生的問(wèn)題，或是經(jīng)由關(guān)閉或調光接腳直接與LED驅動(dòng)器相連。

硅材溫度傳感器的溫度范圍可從-50℃到150℃，也可用于LED應用中。這些較便宜的傳感器提供了各種應用選項，其范圍涵蓋與溫度成正比的模擬電壓輸出、含磁滯的溫度觸發(fā)開(kāi)/關(guān)輸出、風(fēng)扇控制，以及數字接口如與微控制器連接的I2C和SPI∕微傳線(xiàn)接口。

溫度傳感器應用范例

圖2所示為簡(jiǎn)單的溫度傳感器電路，該電路介接LM3404HV降壓LED驅動(dòng)器以及LM26LV溫度傳感器。溫度傳感器應盡可能放置在靠近LED的位置。在此電路中，當溫度低于指定值時(shí)，LM26LV 的 OVERTEMP 接腳通常會(huì )處于高位，但當溫度上升時(shí)，該接腳就會(huì )進(jìn)入低位，從而經(jīng)由 DIM 接腳關(guān)閉 LM3404HV。當溫度回到低于指定值（傳感器具有磁滯功能）5℃ 時(shí)，OVERTEMP 接腳會(huì )進(jìn)入高位，同時(shí)會(huì )再次啟動(dòng) LM3404HV。

因此，我們知道可以使用簡(jiǎn)單的溫度傳感器來(lái)監控并修正LED應用中溫度過(guò)熱的情形。在較復雜的系統設計時(shí)，可依比例減少LED的電流，而不用在LED的溫度高于臨界值時(shí)關(guān)閉它們?；蛘呖梢栽贚ED溫度超過(guò)規格時(shí)開(kāi)啟風(fēng)扇（并增加 RPM）。無(wú)論如何，這些溫度感測系統都不能取代對LED進(jìn)行良好的散熱設計的必要性，但可以將它們視為故障安全關(guān)閉機制使用，以便在一般溫度控制失效時(shí)，提高LED的使用壽命和可靠性。