LED熱管理中散熱器的選擇

　　LED調(diào)光時(shí)，折返圖形會(huì)有不同。由于標(biāo)稱(chēng)LED電流水平（ILED-NOM）被降低為調(diào)光電流水平（ILED-DIM），可對(duì)折返圖加以修正以與新的溫度斷點(diǎn)（TBK-DIM）相適應(yīng)。這擴(kuò)大了LED使用的溫度范圍，如圖3所示?？筛鶕?jù)不同器件，分步或連續(xù)完成。

　　另外一個(gè)變體是額外的最小LED電流（ILED-MIN）鉗制，用來(lái)防止LED電流為零，同見(jiàn)圖3。有許多應(yīng)用中，終端用戶(hù)出于安全原因，不想要成套的熱折返。而使用這個(gè)特性，最小需求電流鉗制可以允許系統(tǒng)不受安全運(yùn)行范圍約束。然而，就這一點(diǎn)而言，用戶(hù)情愿以縮短使用壽命為代價(jià)來(lái)?yè)Q取短期功能。

　　路燈舉例

　　一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的路燈暴露于苛刻的環(huán)境條件中，且在整個(gè)使用壽命期間，由于各種原因，機(jī)械散熱器的性能可能會(huì)降低。這種性能的降低極大地增加了總熱阻θJA，而且最終將導(dǎo)致更高的LED結(jié)點(diǎn)溫度從而縮減使用壽命。為滿(mǎn)足市政設(shè)施關(guān)于使用壽命的要求，在路燈中熱折返幾乎總是必要的。

　　圖5所示為一個(gè)100W的路燈應(yīng)用。前端交流-直流轉(zhuǎn)換器獲得一個(gè)120V交流電輸入，然后將其轉(zhuǎn)換為35V直流輸入。第二階段是一個(gè)LM3409恒流降壓型LED驅(qū)動(dòng)器，負(fù)載為6串并聯(lián)，其中每串串聯(lián)8只LED;每串驅(qū)動(dòng)電流為700mA。

　　LM3409用簡(jiǎn)單的磁滯控制方法調(diào)節(jié)電流。在主開(kāi)關(guān)（Q1）接通期間，電感器電流斜升至由IADJ引腳設(shè)置的峰值電流閾值。一旦達(dá)到該閾值，Q1關(guān)斷并且電感器電流斜降，直到程控關(guān)斷計(jì)時(shí)器停止。關(guān)斷計(jì)時(shí)器的程控是通過(guò)來(lái)自輸出電壓的RC實(shí)施的。這使得計(jì)時(shí)器與輸出電壓成正比，結(jié)果導(dǎo)致電感器電流紋波和隨后的原本恒定的LED電流紋波超越運(yùn)行范圍。

在IADJ上降低電壓（從1.24V降至0V），平均LED電流的持續(xù)模擬調(diào)光能夠很容易實(shí)施。假如IADJ的電壓達(dá)到或高于1.24V，那么應(yīng)調(diào)整LED的最大標(biāo)稱(chēng)電流。當(dāng)IADJ引腳電壓降至1.24V時(shí)，電流開(kāi)始調(diào)光，對(duì)執(zhí)行熱折返提供了一個(gè)極好的方法。

　　該應(yīng)用中的熱折返電路比以前描述的更加基本化，僅利用一個(gè)IADJ附加的NTC熱敏電阻。NTC熱敏電阻的阻值將高于250kΩ（IADJ大于1.24V），直到溫度達(dá)到要求的斷點(diǎn)。然后作為NTC的一個(gè)功能，電阻降低，同時(shí)分別降低了IADJ的電壓和LED電流。

　　應(yīng)該注意的是NTC從電阻到溫度的轉(zhuǎn)換功能是非線性的。這種非線性延長(zhǎng)了出現(xiàn)真正零電流的邊界點(diǎn)溫度（TEND）。在路燈應(yīng)用中，熱折返的線性不屬于最高等級(jí)。事實(shí)上路燈的壽命結(jié)束時(shí)間通常規(guī)定為其亮度降至初始亮度的70%時(shí)；因此，精確的熱折返圖對(duì)于路燈設(shè)計(jì)人員來(lái)講根本沒(méi)有意義。也就是說(shuō)，如果需要的話(huà)，一個(gè)精密的溫度傳感器就能很容易地用于更為線性的熱折返圖繪制。

　　手電筒舉例

　　圖6所示為一個(gè)使用LM3424的較復(fù)雜的熱折返器件。這個(gè)應(yīng)用是一個(gè)由LM3424組成的15W調(diào)光軍用手電筒，該LM3424控制6個(gè)串聯(lián)LED，驅(qū)動(dòng)電流為700mA，電池電壓為9V。因?yàn)樵谡{(diào)光時(shí)，串電壓發(fā)生變化，從24V到低于9V，所以多重拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)LM3424用作一個(gè)降壓-升壓控制器。需進(jìn)行LED模擬調(diào)光以對(duì)其簡(jiǎn)潔性、大小和成本進(jìn)行評(píng)估。

　　LM3424用傳統(tǒng)的誤差信號(hào)放大器調(diào)節(jié)閉合環(huán)路中的輸出電流。在LED組件頂端對(duì)LED平均電流區(qū)別檢測(cè)。主開(kāi)關(guān)（Q1）的占空比動(dòng)態(tài)上得以改變，以確?？呻S時(shí)進(jìn)行調(diào)整。

　　LM3424具有一個(gè)集成在芯片上的完全可編程熱折返電路。折返斷點(diǎn)由電阻分壓器按照TREF進(jìn)行設(shè)置，內(nèi)部基準(zhǔn)電壓3V（VS）。溫度傳感是使用傳感器或NTC分壓器在TSENSE的情況下實(shí)施的。當(dāng)TSENSE電壓降低至預(yù)定TREF電壓時(shí)，電路開(kāi)始根據(jù)圖7所示對(duì)LED進(jìn)行調(diào)光。熱折返的斜率可由安裝在TGAIN到GND之間的電阻（RGAIN）設(shè)定。假如使用一個(gè)精密的溫度傳感器，例如LM94022，可以獲得一個(gè)高級(jí)的線性圖。

　　可以加裝基準(zhǔn)電壓VS外置齊納管鉗制裝置以設(shè)定最小所需電流，如圖3所示。在將給定溫度值的特定LED的亮度輸出最大化的同時(shí)，這個(gè)高度可控?zé)嵴鄯狄彩故蛛娡彩褂脡勖畲蠡?/font>

　　手電筒應(yīng)用中另一個(gè)有用的特征是調(diào)光與熱折返的組合。由于二者都使用熱折返電路，因此可以通過(guò)幾種方式進(jìn)行組合。NTC分壓器直接連接至TSENSE，而調(diào)光分壓器則與二極管連接。如圖6所示。這種連接保證了TBK隨調(diào)光等級(jí)而移動(dòng)，所以使得任意調(diào)光等級(jí)的有效溫度范圍達(dá)到最大。

　 散熱器對(duì)比

　　最后，在手電筒應(yīng)用中將使用和不使用熱折返做一個(gè)比對(duì)。在手電筒應(yīng)用中，這些LED靠得非常近形成一個(gè)LED。假定，θSH和θJS小于θHA，計(jì)算可簡(jiǎn)單化為：

　　無(wú)熱折返，輸出功率要提高5%以隨時(shí)調(diào)整偏離值。同時(shí)，溫度差降低，占最差情況下環(huán)境溫度的25%，還要考慮有益的SOA裕量。因此，θHA的值將比使用熱折返的應(yīng)用小70%。這就是說(shuō)，散熱器尺寸大小與成本要增加30%。在LED應(yīng)用中，散熱器為最大成本之一，在手電筒應(yīng)用中使用熱折返是非常有價(jià)值的。

　 結(jié)論

　　LED技術(shù)的優(yōu)勢(shì)在于使用壽命長(zhǎng)，可靠性高和性能優(yōu)于其他照明技術(shù)，而這些優(yōu)勢(shì)的實(shí)現(xiàn)需要熱控制技術(shù)的支持，所以要確保這項(xiàng)技術(shù)得以順利發(fā)展而不會(huì)受到意外情況的阻礙。