基于LED燈的散熱管理的低功耗設(shè)計(jì)

傳統(tǒng)的白熾燈泡中，不與任何東西直接接觸的燈絲是唯一熱源。而對于LED燈而言，LED即是光源，LED的散熱直接與LED燈泡相接觸。這種直接接觸是受LED與驅(qū)動器電路的連接方式使然。為了實(shí)現(xiàn)散熱，必須將熱量從LED和驅(qū)動器電路中釋放出去或者加以有效管理，同時這也是讓LED燈保持長期工作的基本前提。

為了解散熱管理的重要性，我們不妨設(shè)想這樣一種應(yīng)用，在壁燈或吊頂燈等通用照明插座上替代安裝LED燈，并用墻壁開關(guān)來控制LED燈。由于壁燈或吊頂燈等大多數(shù)標(biāo)準(zhǔn)燈的散熱主要依靠熱對流或氣流來實(shí)現(xiàn)的，因此這種應(yīng)用的散熱效果對于LED燈而言不太理想。

如果不進(jìn)行有效的散熱管理，則會帶來需要頻繁更換失效的LED燈或者導(dǎo)致建筑物火災(zāi)等災(zāi)難性后果。使用智能LED燈控制功能來監(jiān)控LED燈的溫度是較為簡單的散熱管理辦法，同時由于LED燈能在溫度升高情況下降低功率，因此安全性也將會得到大幅提升。

NTC散熱管理

NTC電路的基本原理是通過監(jiān)控LED燈的溫度來提升LED燈的安全性并降低設(shè)計(jì)復(fù)雜度。當(dāng)溫度升高時，控制器減少流明并借以將LED保持在安全水平之內(nèi)。換言之，當(dāng)溫度升高時，減少流明，反之，當(dāng)溫度下降時，則增加流明。

我們可通過檢測NTC上的電壓來檢測LED燈的溫度變化。檢測到的電壓與NTC的溫度有直接關(guān)系，而NTC的電阻會隨NTC及其周邊電路溫度的升高而下降。使用NTC確定溫度有兩種基本方法。

方法一：在系統(tǒng)強(qiáng)制實(shí)施已知電壓的分壓器電路中使用NTC，并隨后測量NTC節(jié)點(diǎn)上的電壓。NTC溫度升高時，電阻減小。電阻減小將導(dǎo)致分壓器比的變化。NTC節(jié)點(diǎn)的電壓也會隨溫度升高而下降。

方法二、強(qiáng)制已知電流通過NTC，并測量NTC上的電壓。NTC溫度升高時，電阻減小。根據(jù)歐姆定律，電阻減小將改變NTC節(jié)點(diǎn)上的電壓。如電阻減小而電流保持不變，NTC節(jié)點(diǎn)上的電壓也會下降。

就改進(jìn)操作、提高安全性而言，這兩種監(jiān)控LED燈溫度的方法實(shí)施起來都很簡單直接。圖1是使用LED作為升溫源頭的這兩種方法的原理圖。

圖1：使用NTC確定溫度的兩種基本方法。

溫度過高還是LED故障?

LED燈的流明輸出下降時，了解是否因過高的溫度環(huán)境還是因?yàn)長ED出了故障而導(dǎo)致LED輸出下降至關(guān)重要。我們可用顯示流明下降的指示器來確定下降原因。

圖2所示系統(tǒng)中的流明下降是通過低功耗的紅色LED指示的。當(dāng)系統(tǒng)處于最大流明輸出時，紅色LED關(guān)閉;當(dāng)LED燈溫度升高時，流明輸出則會下降，而流明輸出下降時，紅色LED即會開啟。隨著流明輸出不斷下降，紅色LED的強(qiáng)度會相應(yīng)增加。當(dāng)流明輸出下降到其最低強(qiáng)度時，紅色LED將會完全開啟。

圖2

當(dāng)流明輸出處于最低強(qiáng)度而LED燈的溫度仍然較高時，紅色LED指示燈還可作為預(yù)警嚴(yán)重問題的報警器。在報警模式下，紅色LED會在白色LED全部關(guān)閉的情況下不斷閃爍。

圖3的方框圖顯示了帶有NTC和警報指示器的普通LED驅(qū)動器和L

ED控制器。普通LED燈包含的一個LED驅(qū)動器經(jīng)配置后可通過LED提供一個設(shè)置電流。驅(qū)動器無法根據(jù)溫度降低流明。驅(qū)動器提供的溫度監(jiān)控功能只能用于自身保護(hù)，并在溫度極高的情況下完全關(guān)閉。