LED照明發(fā)展的關(guān)鍵：散熱處理與安全設計

對目前常見(jiàn)的白熾燈泡或是熒光燈、省電燈泡來(lái)說(shuō)，即便產(chǎn)品本身運行可能產(chǎn)生熱能，但組件的高熱仍可以被有效隔離，使光源與電源接座不會(huì )因熱而產(chǎn)生意外的公安問(wèn)題。但led固態(tài)照明就不同，一來(lái)LED組件集中單點(diǎn)的運行高溫，必須采取更多積極手段進(jìn)行散熱處理，同時(shí)搭配主動(dòng)有效的熱處理機制，才能避免燈具發(fā)生公安問(wèn)題...

　　傳統光源或燈具多有運行過(guò)程產(chǎn)生高熱的問(wèn)題，例如鹵素燈泡或白熾燈泡，若是白熾燈形式，即在特殊處理的燈球環(huán)境內加熱鎢絲產(chǎn)生光亮。

　　實(shí)際上，高溫產(chǎn)生在燈絲上而非燈座，即便燈座會(huì )因燈球玻璃或是金屬受鎢絲發(fā)光的輻射熱、熱傳導間接產(chǎn)生高溫，但產(chǎn)生的溫度都在可接受的安全范圍，再加上非直接接觸傳導，安全性也相對較高。

　　LED固態(tài)光源 熱處理問(wèn)題較傳統燈具復雜

　　但換成LED固態(tài)光源形式的燈具，其熱處理便可能成為新的應用安全問(wèn)題。多數人會(huì )認為L(cháng)ED具高能源轉換效率、低驅動(dòng)能源優(yōu)勢，自然使用安全性較高，但實(shí)際上LED固態(tài)光源為了達到日常照明的應用目的，必須透過(guò)加大單組組件的功率去強化單元件的輸出流明，例如燈具廠(chǎng)會(huì )采取多LED組件整合形式加強輸出效果，且多組件同時(shí)運行也能改善LED固態(tài)光源光型偏向點(diǎn)光源的問(wèn)題，讓LED固態(tài)光源技術(shù)的燈具可產(chǎn)生如燈泡般的面光源效果。

　　在開(kāi)發(fā)現場(chǎng)，欲強化單元件的輸出流明，必須施加更高的電流，以使LED芯片的PN接面產(chǎn)生更多流明，但更高電流也會(huì )讓單點(diǎn)LED組件的溫度升高、更難處理，甚至為了提高燈具的光型表現、發(fā)光效率而采取多組件并用形式，也會(huì )使LED燈具的高溫問(wèn)題加劇，讓散熱問(wèn)題更難處理。

　　綜觀(guān)目前LED燈具市場(chǎng)的發(fā)展趨勢，多數LED光源的模塊廠(chǎng)大多會(huì )先以利基市場(chǎng)產(chǎn)品為開(kāi)發(fā)主力，因為高單價(jià)、高利潤，也可以借由技術(shù)差異迅速打入發(fā)展技術(shù)較前衛的LED光源市場(chǎng)，例如，針對室內裝潢、情境燈具應用的嵌燈、壁燈、吸頂燈就成為L(cháng)ED光源燈具較常見(jiàn)的設計形式，其替換傳統燈具后的省電效益亦最受相關(guān)業(yè)者關(guān)注。

　　基本上，LED光源燈具必須重點(diǎn)處理的熱管理設計，在可能于密閉或半密死循環(huán)境使用的嵌燈、壁燈、吸頂燈產(chǎn)品，形成更嚴苛的挑戰，燈具開(kāi)發(fā)商必須從材料、產(chǎn)品構型、主/被動(dòng)散熱機制、驅動(dòng)芯片設計等方面投入更多資源，以避免產(chǎn)品的公安問(wèn)題肇生。

LED嵌入式燈具體積小，且常采多組件整合，模塊的散熱設計難度較高。

NTC持續監控運行溫度 維持LED燈使用安全

　　若LED燈具沒(méi)有搭配足夠的熱管理設計，在使用過(guò)程中可能會(huì )導致燈具因為經(jīng)常性高熱運行造成壽命銳減，產(chǎn)生必須頻繁更換故障LED燈具的困擾，嚴重者甚至可能釀成公安意外，因運行高溫造成線(xiàn)路或是周邊裝潢著(zhù)火燃燒！

　　在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)階段，可運用智能型LED燈光控制技術(shù)，透過(guò)主動(dòng)式的監看LED燈具與整體光源模塊的溫度表現，簡(jiǎn)化裝置的熱管理工作，同時(shí)當燈具與環(huán)境周遭溫度上升至危險區段時(shí)，燈具必須降低電功率、減少LED亮度輸出，以此提升LED固態(tài)光源燈具的使用安全性。

　　考慮較簡(jiǎn)單的設計形式，若燈具本身所使用的驅動(dòng)器功能較聚焦于電源轉換與LED組件驅動(dòng)，并未內嵌溫控微處理器與散熱處理模塊，為避免增加產(chǎn)品原料件的成本，LED燈具可整合NTC(Negative Temperature Coefficient)負溫度系數Thermistor Sensors電路，是成本效益相對較高的安全設計方案。

　　所謂NTC電路，其設置目的是藉由透過(guò)電子回路去監看LED的模塊燈具溫度，透過(guò)默認溫度警示或是對應自動(dòng)處理驅動(dòng)狀況，采關(guān)閉LED固態(tài)光源模塊方式，來(lái)提升LED燈具的使用安全，同時(shí)NTC電路也能降低設計的復雜度。

　　由于NTC電路的溫度系數非常大，因此可以偵測得知微小的溫度變化表現，被廣泛應用于需量測、控制與補償溫度的相關(guān)電路設計中，而NTC電路在LED光源模塊設計中，基本上為量測LED固態(tài)光源燈具的產(chǎn)品周邊溫度變化，至于量測狀況會(huì )隨著(zhù)NTC改變的電壓現況，直接測得電壓和NTC電路的溫度對應關(guān)系。

　　當NTC和周邊電路或整個(gè)模塊溫度提升時(shí)，NTC監控電路的電阻隨即降低，產(chǎn)品可依此相依關(guān)系進(jìn)行相關(guān)安全控制機制反饋，例如減少LED發(fā)光組件的驅動(dòng)電流或是直接強制關(guān)閉燈具照明，在燈具溫度問(wèn)題改善后自動(dòng)回復照明狀態(tài)，藉此獲得燈具使用的安全性。

采SMD形式制作的NTC THERMISTOR組件。

監看LED燈具溫度 亦可導入MCU微控制器達到智慧監控

　　前述NTC電路的改善形式，若想達到更佳的保護設計，搭配MCU進(jìn)行更精密的安全設計也是一種相對務(wù)實(shí)的作法，在開(kāi)發(fā)項目中，可將LED光源模塊的狀態(tài)區分為燈光是否正常開(kāi)啟、燈光是否被關(guān)閉，搭配溫度警示與溫度量測的程序邏輯判斷，建構更為完善的智慧燈具管理機制。

　　例如，若出現燈具溫度警示，經(jīng)溫度量測得知模塊溫度仍在可接受范圍，可維持正常途徑，透過(guò)散熱片自然散逸運行溫度；而當警示告知所測得溫度已達需執行主動(dòng)散熱機制的基準，此時(shí)MCU必須控制散熱風(fēng)扇作動(dòng)，甚至當溫度達到危險值，系統必須透過(guò)MCU直接關(guān)閉驅動(dòng)器供應電源，讓整體電子回路、LED組件暫時(shí)停止運行，自然進(jìn)行散熱處理。

　　判斷燈具是否開(kāi)啟或關(guān)閉，可用簡(jiǎn)單的判斷位來(lái)做變化與了解產(chǎn)品目前使用狀態(tài)，比較關(guān)鍵的是溫度量測部分，所量測的溫度必須實(shí)時(shí)與系統的參照表進(jìn)行比對，以確認目前模塊狀態(tài)的正?；虍惓３潭?，計算出溫度間距后，自動(dòng)對應進(jìn)行溫控管理。

　　同樣的，當溫度進(jìn)入危險區段時(shí)，控制機制應隨即關(guān)閉燈源，同時(shí)在系統關(guān)閉后60秒或180秒后再次進(jìn)行溫度確認，待LED固態(tài)光源模塊溫度達正常值，再重新驅動(dòng)LED光源，繼續提供照明。

嵌入式燈具外殼采鋁擠型或散熱片設計，可發(fā)揮自體散熱作用。