LED驅(qū)動(dòng)器的類別及其照明散熱控制分析

【摘要】隨著大功率LED 在燈光裝飾和照明中的普遍使用，大功率LED 驅(qū)動(dòng)顯得越來越重要。在LED 照明領(lǐng)域，沒有好的驅(qū)動(dòng)器相匹配，LED 照明的優(yōu)勢將無法體現(xiàn)。文章著重闡述了LED 驅(qū)動(dòng)器的主要類別以及散熱方面的內(nèi)容。

　　一、LED 驅(qū)動(dòng)器的主要類別

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　　根據(jù)其不同的作用和用途，又可以分為三種。

　　（1）直流降壓型驅(qū)動(dòng)器。其基本原理是用開關(guān)器件配合電抗性器件對外界電源降壓限流以后再驅(qū)動(dòng)發(fā)光管工作。串聯(lián)降壓型驅(qū)動(dòng)器結(jié)構(gòu)簡單，變換效率比較高。這種驅(qū)動(dòng)器的主要缺點(diǎn)是一旦主開關(guān)器件損壞，大電流會(huì)直接通過發(fā)光管使發(fā)光管燒毀。顯而易見，這種方案當(dāng)供電電壓低于負(fù)載管壓降時(shí)不能使用。

　?。?）直流升壓型驅(qū)動(dòng)器。它的基本原理是用開關(guān)器件配合電抗性器件儲(chǔ)能升壓限流的方式工作的。升壓驅(qū)動(dòng)器的變換效率也比較高。其較為顯著的優(yōu)點(diǎn)是自身出現(xiàn)故障時(shí)不會(huì)損壞發(fā)光管。升壓型驅(qū)動(dòng)器只能用在負(fù)載管壓降始終高于電源電壓的情況。在負(fù)載管壓降低于電源電壓的情況下，驅(qū)動(dòng)器會(huì)失控，大電流直接經(jīng)過發(fā)光管使發(fā)光管燒毀。輸入直流低電壓時(shí)所用的發(fā)光管數(shù)量少可以選用降壓驅(qū)動(dòng)器也可以選用升壓驅(qū)動(dòng)器，盡量串聯(lián)不并聯(lián)或者少并聯(lián)發(fā)光管。如果發(fā)光管數(shù)量多應(yīng)該選用升壓驅(qū)動(dòng)器，也是盡量串聯(lián)不并聯(lián)或少并聯(lián)發(fā)光管。

　　（3）變換器型驅(qū)動(dòng)器。它是用開關(guān)器件配合高頻變壓器實(shí)現(xiàn)能量從初級到次級的傳輸，同時(shí)做電壓/電壓變換驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管工作。這種驅(qū)動(dòng)器輸出端的電壓不受輸入電壓的制約，可以按照所需要串聯(lián)的發(fā)光管數(shù)任意設(shè)計(jì)，應(yīng)用靈活，適合用在供電電壓在負(fù)載管壓降附近波動(dòng)的情況，也適合供電電壓和負(fù)載管壓降差別很大的情況。其缺點(diǎn)是電路復(fù)雜，變換效率比以上兩種類型的驅(qū)動(dòng)器略低。如果輸入直流高電壓驅(qū)動(dòng)小功率管可以用串聯(lián)降壓驅(qū)動(dòng)器，驅(qū)動(dòng)大功率管從安全角度考慮應(yīng)該選用變換器結(jié)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)器。

　　（二）交流驅(qū)動(dòng)器

　　交流驅(qū)動(dòng)器根據(jù)不同的應(yīng)用也分為降壓型、升壓型、變換器型三種電路類型。交流驅(qū)動(dòng)器和直流驅(qū)動(dòng)器的區(qū)別除了需要對輸入的交流電做整流濾波之外，從安全角度考慮還存在一個(gè)隔離和不隔離的問題。

　　二、LED 照明設(shè)計(jì)的散熱考慮

　　二十五瓦以下的LED 照明系統(tǒng)的設(shè)計(jì)一般是用于臺(tái)燈、客廳射燈、家用餐燈、小夜燈等方面，即使這樣，大多數(shù)小于二十五瓦的低功率LED 照明應(yīng)用也會(huì)要求一定程度的小型化。這常常導(dǎo)致更高的功率密度，盡管它的功耗不是很大。這種情況下，所需足夠的散熱管理措施必須通過改進(jìn)機(jī)械結(jié)構(gòu)來提供。

　　此外，高電氣效率也有助于降低功耗。而另一種防止LED 長時(shí)間工作過熱問題的思路是采用調(diào)光解決方案。事實(shí)上，在這個(gè)功率范圍內(nèi)，LED 照明燈將會(huì)取代鹵素?zé)艉途o湊型熒光燈。此外，為了擺脫散熱問題，必須去掉對溫度變化敏感的無源組件。

　　然而，目前大多數(shù)LED 驅(qū)動(dòng)器解決方案都源于電源拓?fù)洌⒁源藶榛A(chǔ)，故應(yīng)該考慮到溫度范圍的限制，因?yàn)橐话惝a(chǎn)品通常基于商業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，但照明燈卻必須確保能夠適應(yīng)嚴(yán)苛的環(huán)境。

　　三、LED 照明設(shè)計(jì)中的散熱控制方案

　　在迅速發(fā)展的LED 照明設(shè)計(jì)中，大多數(shù)人將注意力集中在高亮（HB）LED 的調(diào)光控制策略上。不過，HB LED 照明應(yīng)用的本質(zhì)要求我們將更多的注意力轉(zhuǎn)移到散熱控制上。雖然LED 制造商通過大幅提高每瓦的流明數(shù)正在降低HB LED 照明設(shè)計(jì)的技術(shù)障礙，但與光輸出相比，仍有更多的電能轉(zhuǎn)化為要散發(fā)出去的熱量。因此，需要一個(gè)散熱管理的總體戰(zhàn)略，以確保LED 散發(fā)的熱量可控制為一個(gè)溫度的函數(shù)。與白熾燈、鎢絲燈泡不同，高功率LED 不輻射熱量。與之相反，LED 將其PN 結(jié)的熱量傳導(dǎo)到LED 封裝的散熱金屬小塊上。由于LED 產(chǎn)生的熱量采用傳導(dǎo)方式散發(fā)，這些熱量需要一個(gè)更長、更昂貴的路徑才能完全散發(fā)到空氣中去。目前，HB LED 通用照明商業(yè)化的一個(gè)最大障礙就是散熱問題。因此，能否徹底有效地解決這個(gè)問題可以說是贏得客戶的關(guān)鍵。

　　電子控制電路必須能夠處理觸發(fā)點(diǎn)設(shè)置和增益設(shè)置。事實(shí)上LED 需要能夠應(yīng)付三個(gè)潛在的散熱源：自發(fā)熱、環(huán)境溫度和LED 電子控制。使用可變電阻作為調(diào)光元件的方法對HB LED來說也是不切實(shí)際的，因?yàn)殡娮枭舷牡墓β侍?，而需要專用的繞線電阻。在電阻與LED 的位置很接近的情況下，該電阻產(chǎn)生的附加熱量將只會(huì)使散熱問題變得更加嚴(yán)重。導(dǎo)通元件也可以是晶體管，可見其功耗發(fā)生在晶體管，而不是可變電阻上。

　　這種方法通過生成對數(shù)響應(yīng)、以及用于熱控制和亮度定義的負(fù)或正溫度系數(shù)熱敏電阻，提供了更多的靈活性。利用熱敏電阻的LED 散熱控制的最簡單實(shí)現(xiàn)方法采用了一個(gè)PTC 元件。PTC元件提高了隨溫度增長的標(biāo)稱低電阻，一直到其觸發(fā)點(diǎn)。