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澳门太阳集团2007登录86:基于LED驱动器的主动式热能管理设计



LED光源为照明财产的大年夜势所趋,惟整体发光效率仍未达市场要求,此中,散热缺陷为重要办理的棘手课题,今朝财产界已成长出使用LED驱动器的主动式热能治理,其藉由内建热能回折功能,以改良LED在应用年限与散热的成长窒碍。

在2007年,美国能源部能源情报署(EIA)颁发一篇申报,在该篇申报平分外提到美国(在商业区与室庐)的照明设备统共约耗损5,260亿千瓦小时的电能。若参考2008年EIA的申报,可发明美国一座核能发电厂能孕育发生124亿千瓦小时的电能。是以,透过简单的谋略可知,美国光在照明设备的应用即须耗掉落四十二座核能发电厂的电能。跟着人口数量的徐徐生长,照明工业必须探求新型态的照明光源,以前进照明效率与低落能量耗损。

在照明工业上,发光二极管(LED)不停以来都被寄予厚望能取代传统白炽灯、荧光灯及各类气体放电光源的照明设备,主因系LED能低落功耗,并让土壤不受到有害化学物质迫害。然纵然LED的发光效率早已逾越如氙气灯(HID)的高效率光源,但在内部电路组成与整体亮度体现仍不尽抱负。

LED的发光效率受限于光孕育发生要领,与其采纳的材料制造要领无关。LED内部发光的要领平日以非辐射要领孕育发生,是以大年夜多半的光会被从新接受并孕育发生热源。以磷光体为主的白光LED,会由于史托克位移效应(Stokes Shift)所孕育发生的热源而造成LED发光效率低落。不过有几种立异的办理规划能改良辐射复合率与光子接受的问题,以增添LED的亮度与发光效率。

透过植入光子晶体前进亮度

Luminus Devices率先提出一种办理规划,藉由植入光子晶体,以便为局限(Trapped)在基板中的光子供给波导管。光子晶体是自然天生的物质,在蛋白石这类型的材猜中便可看到光子晶体的存在,其慎密的布局特点,可供给毫光放射的路径,能孕育发生更高密度的光场强度,藉此特点与其他如量子井、光共振腔等特征,能使LED亮度超乎想象增添。澳门太阳集团2007登录86对付必要高亮度的利用,如投影机、液晶显示器(LCD)背光板光源及其他特殊的利用而言,这些特殊的组件皆已相称遍及,未来盼望能利用在一样平常照明设备。

每种照明设备均存在光源应用寿命问题,常常蒙受的状况有类似白炽灯泡的钨丝忽然烧断,或因长光阴应用而使得光源材料因徐徐老化乃至变暗而故障,LED亦因组件的接面温度而呈现老化征象。所有的照明设备在供给稳定亮度前提下,于必然应用年限后,亮度势必会徐徐低于有效亮度之下。在不合的照明利用装配中,皆有应用寿命光阴限定。举例来说,当应用在路灯装配的亮度已衰减至本来50%时,即代表应用年限,但应用在医生内视镜的光源装配可能亮度尚未衰减那么多。

藉热能治理/LED驱动IC治理亮度损耗

LED应用寿命的终点代表其照豁亮度已低于可用的水平以下,而LED应用寿命的是非与温度的关联性异常高(图1)。若以图1中的曲线为设计参考,要设计出一款通用型的照明设备,且应用寿命至少50,000小时后还能有最初50%的亮度,则接面温度必须节制在100℃之下。在不应用主动冷却的条件下,将是极为艰难的义务。别的,因为LED无法应用辐射散热的问题,此将使得散热弊病更雪上加霜。传统白炽灯泡可经过辐射要领分散出大年夜量的红外线热能,而LED则须斟酌若何办理散热问题澳门太阳集团2007登录86。此外,在应用历程中,若接面温度瞬间跨越制造商所限定的温度范围,就会对发光组件的寿命造成剧烈的永远危害。

图1 LED照明的温度效应

若LED须进行降级才能处置惩罚严酷的接面温度,则当在设计照明系统或核心组件时,就必须卖力思虑两件紧张事变,分手为热能治理与对LED驱动器的懂得。不仅仅在通用性的照明利用中须斟酌到此两个身分,在其他利用中也须要被斟酌。最简略单纯的办理规划便是采纳被动热能治理要领,经过散热片搭配足够的气流能带走废热气。Nuventix研发一种主动式冷却装配,此装配并没有采纳任何的风扇组件,而是使用高速的空气喷射器发生气流,其功课道理就像是一名单车骑士单手抓着大年夜卡车的后面,藉由卡车快速提高而快速驰骋,NuvenTIx所设计的冷却器便是使用类似的道理,供给高效率的冷却要领。此技巧已被利用在MR16、PAR20、PAR25等标准照明设备中。

办理规划中,另一个紧张的课题便是使用LED驱动器的主动式热能治理要领。传统上,LED驱动器有固定的电流源,主要用来监视并节制流入一组或多组LED的电流量。平日来说,此足以驱动LED,并能在改变输入电压历程中维持相同的亮度大年夜小。然跟着亮度与架构的改善,LED已能供给更高的亮度光源,且徐徐进化成具备热能节制需求的完备光源引擎核心组件。

为防止组件遭受破坏或让应用寿命缩短,必须进行热能治理,且已有多种措施可以办理此问题。图2为两种不合的回折曲线,可在澳门太阳集团2007登录86温度上升时限定LED的电流流量。当接面温度维持在默认温度范围内时,就经过主要的节制回路作为电流调节;但当接面温度跨越默认范围时,就会应用另一组节制回路限定电流大年夜小。此中接面温度的回折点与驱动电流的衰减率,均可依照不合的利用和LED制造商的建议改变。

图2 热能回折曲线的实例

美国国家半导体(NS)澳门太阳集团2007登录86所推出的LED驱动器LM3424,已内建热能回折功能,设计者能(藉由调剂曲线斜率)选择所需的设定点与系统增益值。此使得LED在一样平常照明与其他的特殊利用装配(如紧急公告板)中,更能掌握LED因应用年限或受到高温破坏的征象。

热能治理提升靠得住度 大年夜幅延长LED应用寿命

虽然LED技巧赓续演进,却也衍生出许多新的问题。跟着LED发光强度与效率持续改良,更多的照明 利用澳门太阳集团2007登录86设备将会徐徐从传统的发光源转移至新型态的LED发光源,并孕育发生更多的新利用。当引入新的冷却办理规划与驱动技巧后,热能治理将变得加倍轻易,并能延长LED应用寿命,使得LED具有不须调换的潜力,此在今朝应用的白炽灯泡中尴尬以实现的目标。

责任编辑;zl

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