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          LED照明發(fā)展的關(guān)鍵:散熱處理與安全設(shè)計(jì)

          作者: 時(shí)間:2011-06-25 來(lái)源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

          對(duì)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(yùn)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)就不同,一來(lái)組件集中單點(diǎn)的運(yùn)行高溫,必須采取更多積極手段進(jìn)行處理,同時(shí)搭配主動(dòng)有效的熱處理機(jī)制,才能避免燈具發(fā)生公安問(wèn)題...

            傳統(tǒng)光源或燈具多有運(yùn)行過(guò)程產(chǎn)生高熱的問(wèn)題,例如鹵素?zé)襞莼虬谉霟襞荩羰前谉霟粜问?,即在特殊處理的燈球環(huán)境內(nèi)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(dǎo)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(dǎo),安全性也相對(duì)較高。

            固態(tài)光源 熱處理問(wèn)題較傳統(tǒng)燈具復(fù)雜

            但換成固態(tài)光源形式的燈具,其熱處理便可能成為新的應(yīng)用安全問(wèn)題。多數(shù)人會(huì)認(rèn)為L(zhǎng)ED具高能源轉(zhuǎn)換效率、低驅(qū)動(dòng)能源優(yōu)勢(shì),自然使用安全性較高,但實(shí)際上LED固態(tài)光源為了達(dá)到日常的應(yīng)用目的,必須透過(guò)加大單組組件的功率去強(qiáng)化單元件的輸出流明,例如燈具廠會(huì)采取多LED組件整合形式加強(qiáng)輸出效果,且多組件同時(shí)運(yùn)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(xiàn)場(chǎng),欲強(qiáng)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(xiàn)、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,讓問(wèn)題更難處理。

            綜觀目前LED燈具市場(chǎng)的發(fā)展趨勢(shì),多數(shù)LED光源的模塊廠大多會(huì)先以利基市場(chǎng)產(chǎn)品為開(kāi)發(fā)主力,因?yàn)楦邌蝺r(jià)、高利潤(rùn),也可以借由技術(shù)差異迅速打入發(fā)展技術(shù)較前衛(wèi)的LED光源市場(chǎng),例如,針對(duì)室內(nèi)裝潢、情境燈具應(yīng)用的嵌燈、壁燈、吸頂燈就成為L(zhǎng)ED光源燈具較常見(jiàn)的設(shè)計(jì)形式,其替換傳統(tǒng)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(shè)計(jì),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(yán)苛的挑戰(zhàn),燈具開(kāi)發(fā)商必須從材料、產(chǎn)品構(gòu)型、主/被動(dòng)機(jī)制、驅(qū)動(dòng)芯片設(shè)計(jì)等方面投入更多資源,以避免產(chǎn)品的公安問(wèn)題肇生。

          LED照明發(fā)展的關(guān)鍵:散熱處理與安全設(shè)計(jì)

          LED嵌入式燈具體積小,且常采多組件整合,模塊的散熱設(shè)計(jì)難度較高。

          NTC持續(xù)監(jiān)控運(yùn)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(shè)計(jì),在使用過(guò)程中可能會(huì)導(dǎo)致燈具因?yàn)榻?jīng)常性高熱運(yùn)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(yán)重者甚至可能釀成公安意外,因運(yùn)行高溫造成線路或是周邊裝潢著火燃燒!

            在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)階段,可運(yùn)用智能型LED燈光控制技術(shù),透過(guò)主動(dòng)式的監(jiān)看LED燈具與整體光源模塊的溫度表現(xiàn),簡(jiǎn)化裝置的熱管理工作,同時(shí)當(dāng)燈具與環(huán)境周遭溫度上升至危險(xiǎn)區(qū)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(shè)計(jì)形式,若燈具本身所使用的驅(qū)動(dòng)器功能較聚焦于電源轉(zhuǎn)換與LED組件驅(qū)動(dòng),并未內(nèi)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(fù)溫度系數(shù)Thermistor Sensors電路,是成本效益相對(duì)較高的安全設(shè)計(jì)方案。

            所謂NTC電路,其設(shè)置目的是藉由透過(guò)電子回路去監(jiān)看LED的模塊燈具溫度,透過(guò)默認(rèn)溫度警示或是對(duì)應(yīng)自動(dòng)處理驅(qū)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(shè)計(jì)的復(fù)雜度。

            由于NTC電路的溫度系數(shù)非常大,因此可以偵測(cè)得知微小的溫度變化表現(xiàn),被廣泛應(yīng)用于需量測(cè)、控制與補(bǔ)償溫度的相關(guān)電路設(shè)計(jì)中,而NTC電路在LED光源模塊設(shè)計(jì)中,基本上為量測(cè)LED固態(tài)光源燈具的產(chǎn)品周邊溫度變化,至于量測(cè)狀況會(huì)隨著NTC改變的電壓現(xiàn)況,直接測(cè)得電壓和NTC電路的溫度對(duì)應(yīng)關(guān)系。

            當(dāng)NTC和周邊電路或整個(gè)模塊溫度提升時(shí),NTC監(jiān)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(jī)制反饋,例如減少LED發(fā)光組件的驅(qū)動(dòng)電流或是直接強(qiáng)制關(guān)閉燈具,在燈具溫度問(wèn)題改善后自動(dòng)回復(fù)照明狀態(tài),藉此獲得燈具使用的安全性。

          LED照明發(fā)展的關(guān)鍵:散熱處理與安全設(shè)計(jì)

          采SMD形式制作的NTC THERMISTOR組件。

          監(jiān)看LED燈具溫度 亦可導(dǎo)入MCU控制器達(dá)到智慧監(jiān)控

            前述NTC電路的改善形式,若想達(dá)到更佳的保護(hù)設(shè)計(jì),搭配MCU進(jìn)行更精密的安全設(shè)計(jì)也是一種相對(duì)務(wù)實(shí)的作法,在開(kāi)發(fā)項(xiàng)目中,可將LED光源模塊的狀態(tài)區(qū)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(cè)的程序邏輯判斷,建構(gòu)更為完善的智慧燈具管理機(jī)制。

            例如,若出現(xiàn)燈具溫度警示,經(jīng)溫度量測(cè)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(yùn)行溫度;而當(dāng)警示告知所測(cè)得溫度已達(dá)需執(zhí)行主動(dòng)散熱機(jī)制的基準(zhǔn),此時(shí)MCU必須控制散熱風(fēng)扇作動(dòng),甚至當(dāng)溫度達(dá)到危險(xiǎn)值,系統(tǒng)必須透過(guò)MCU直接關(guān)閉驅(qū)動(dòng)器供應(yīng)電源,讓整體電子回路、LED組件暫時(shí)停止運(yùn)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(cè)部分,所量測(cè)的溫度必須實(shí)時(shí)與系統(tǒng)的參照表進(jìn)行比對(duì),以確認(rèn)目前模塊狀態(tài)的正?;虍惓3潭?,計(jì)算出溫度間距后,自動(dòng)對(duì)應(yīng)進(jìn)行溫控管理。

            同樣的,當(dāng)溫度進(jìn)入危險(xiǎn)區(qū)段時(shí),控制機(jī)制應(yīng)隨即關(guān)閉燈源,同時(shí)在系統(tǒng)關(guān)閉后60秒或180秒后再次進(jìn)行溫度確認(rèn),待LED固態(tài)光源模塊溫度達(dá)正常值,再重新驅(qū)動(dòng)LED光源,繼續(xù)提供照明。

          LED照明發(fā)展的關(guān)鍵:散熱處理與安全設(shè)計(jì)

          嵌入式燈具外殼采鋁擠型或散熱片設(shè)計(jì),可發(fā)揮自體散熱作用。



          關(guān)鍵詞: LED 照明 散熱

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