PoE和LED結(jié)合的低功率、高亮度、長(zhǎng)電纜解決方案

散熱方案

為確保萬(wàn)無(wú)一失，規(guī)定機(jī)箱溫度最高為50°C，如超過(guò)這個(gè)閾值，工程人員便無(wú)法在建立LED燈時(shí)把手指放在機(jī)箱上。此外，Cree亦生產(chǎn)1英寸×5 英寸的金屬核心電路板(MCPCB) XR LED，這種LED每一個(gè)只占據(jù)一平方英寸的空間。所有五個(gè)器件都串聯(lián)在一起，以確保每個(gè)的驅(qū)動(dòng)電流是相同，并且每個(gè)LED的光輸出都得到平衡。兩行共10個(gè)LED所占的面積約為2英寸× 5英寸，其總光線輸出介乎冷白的500流明至藍(lán)色的150流明(墨藍(lán)色LED之光線輸出值由輻射度功率所指定)。兩行LED會(huì)被安置在一個(gè)鎂制機(jī)箱的前端，大小為6英寸寬、2.5英寸高和四英寸深。至于散熱方面則由一對(duì)置于箱外的鎂金屬散熱器來(lái)負(fù)責(zé)，其大小為1.75英寸×2.25英寸×0.5英寸，它直接被安裝在箱前面的MCPCB之后。散熱油脂會(huì)施加到MCPCB和散熱器上，使到箱本身可作進(jìn)一步散熱。

美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體的LM5073和LM3402HV同樣備有表面貼裝封裝，其在外面有一個(gè)外露的散熱片。通常，電源電路都需承受較高的環(huán)境溫度，而LED應(yīng)用亦不例外。這種散熱加強(qiáng)封裝(LM5073的eTSSOP-14和LM3402HV的PSOP-8)善用了PCB作為散熱器。驅(qū)動(dòng)電路被安裝在標(biāo)準(zhǔn)的FR-4上并且如圖2所示通過(guò)一條電線連接到LED。至于封裝的熱阻，例如是安裝在含有兩安士銅成份的FR-4上的eTSSOP-14和PSOP-8，其熱阻大約為50°C/W。對(duì)于這類LED燈來(lái)說(shuō)，其機(jī)械設(shè)計(jì)并不允許將LED驅(qū)動(dòng)器放置在設(shè)有LED的MCPCB上，但必須注意到具備有外露散熱片的封裝，當(dāng)它們安裝在MCPCB上時(shí)的熱阻會(huì)低于10°C/W。因此，照明系統(tǒng)的設(shè)計(jì)人員可以利用這個(gè)優(yōu)勢(shì)來(lái)充分驅(qū)動(dòng)電子器件。

PWM調(diào)光

假如設(shè)計(jì)的LED照明系統(tǒng)需要在某特定的光線輸出范圍內(nèi)維持LED的顏色或色溫，那便必需采用脈寬調(diào)制(PWM)技術(shù)來(lái)調(diào)光。然而，最麻煩的地方是要找出一個(gè)調(diào)光頻率，而該頻率不會(huì)產(chǎn)生可聽(tīng)噪聲。在LED驅(qū)動(dòng)器內(nèi)的電源開(kāi)關(guān)頻率通常介乎100 kHz和 1 MHz之間，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出人類的可聽(tīng)范圍。一般而言，調(diào)光頻率都會(huì)低很多，因?yàn)殚_(kāi)啟和關(guān)閉一個(gè)開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換器輸出所需的時(shí)間會(huì)比開(kāi)關(guān)一個(gè)功率MOSFET長(zhǎng)很多。因此，由LED驅(qū)動(dòng)器開(kāi)關(guān)周期所引致的傳播延遲和輸出電流壓擺率會(huì)消耗某一固定量的時(shí)間。隨著調(diào)光頻率的增加，調(diào)光時(shí)間縮短，固定時(shí)間的延遲會(huì)在調(diào)光周期中占用更多的時(shí)間。
 

結(jié)果

XR LED的官方功耗大約為1W，但如要精確地計(jì)算出真正的典型功率，那便必須將它們的正向電流300mA乘以其正激電壓。表1示出在25℃和溫度穩(wěn)定狀態(tài)下時(shí)各顏色LED的典型VF值，而數(shù)據(jù)是在實(shí)驗(yàn)室溫度25℃下將燈開(kāi)著一小時(shí)后錄取。雖然真正的裸片溫度難以測(cè)量，但可憑InGaN和AlInGaP的正激電壓系數(shù)來(lái)估計(jì)出最終的裸片溫度，結(jié)果發(fā)現(xiàn)溫度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于由Cree 規(guī)定的125℃限制范圍以內(nèi)。
 
圖3  燈的3/4觀視圖
 
圖4  八個(gè)燈照亮臥室墻壁

問(wèn)題迎刃而解

PoE LED燈已展示了兩種技術(shù)結(jié)合后的優(yōu)點(diǎn)：可以在一些沒(méi)有AC電源的地方設(shè)立照明設(shè)施。PoE供電設(shè)備具備隔離和功率因數(shù)修正功能，因此減輕了在電網(wǎng)上設(shè)立照明的負(fù)擔(dān)。燈后的內(nèi)置開(kāi)/關(guān)和調(diào)光控制可以通過(guò)以太網(wǎng)的閑置數(shù)據(jù)線來(lái)作遠(yuǎn)程控制。該方案的主要應(yīng)用為：舞臺(tái)或電影院燈光、臨時(shí)布置燈光、保安攝錄機(jī)照明或展覽會(huì)的地上投影效果。