有效降低和限制了大功率LED燈的溫升-技術(shù)交流

1、隨著各國(guó)對(duì)環(huán)境問(wèn)題的 EtEt 益重視，LEDLED 照明備受關(guān)注。目前，LEDLED 具有較高的發(fā)光效率，制造成本也在大幅下降，LEDLED 照明應(yīng)用前景廣闊。 然而， 大功率LEDLED 燈的散熱仍然是LEDLED 照明行業(yè)發(fā)展的瓶頸，若散熱問(wèn)題得不到解決，將會(huì)使 光效率降低、使用壽命縮短。本文從燈具及驅(qū)動(dòng)器的設(shè)計(jì)LEDLED 燈的溫度上升，導(dǎo)致其發(fā)2 2 個(gè)方面提出降低大功率 LEDLED 燈溫升及溫控的方法和技術(shù)，有效降低和限制了大功率LEDLED 燈的溫升。1降低溫升目前，LEDLED 燈的散熱方式主要有自然對(duì)流散熱、加裝風(fēng)扇強(qiáng)制散熱、熱管和回路熱管散熱等。本文在采用自然對(duì)流散熱的基

2、礎(chǔ)上還從以下幾個(gè)方面著手降低溫升。1.1電源與燈體分離由于電源本身產(chǎn)生一定的熱量，使得LEDLED 燈上的熱量來(lái)源增加。同時(shí)，電源與燈一體設(shè)計(jì)使得 LEDLED 燈整體受熱不均，這些因素都會(huì)導(dǎo)致燈具發(fā)生疲勞和早期失效，而影響其壽命。圖 1 1 為 LEDLED 燈溫度隨工作時(shí)間的變化曲線，圖中丁，為放置電源處溫度，疋為遠(yuǎn)離電源處溫度，L L 為燈體中心溫度。從圖中看出，隨著工作時(shí)間的增加，圖1 1（a a）中兀遠(yuǎn)大于疋和 r3r3 ;圖 1 1（ b b）中 L L 與砭兩曲線重合，死略大于L L 和咒?？梢?jiàn)分離電源后，整燈的溫度分布很均勻。60605555505045454040353530

3、302525|2020 “- -d d- - -F F_ _I I_丄-.*-0 00.50.5 L0L0 L L 5 5 2.02.02.52.5 3*03*03.53.5 4,04,0工作時(shí)間（h h）tfltfl）電源與trtr一體工作時(shí)間（h h）CbCb）電源與燈分離圖1 1 LEDLED燈溫度隨時(shí)間的變化曲線1.2選擇優(yōu)質(zhì)LED模組LEDLED模組的選擇在降低溫升上也起著較為關(guān)鍵的作用。選擇由導(dǎo)熱系數(shù)高且一致的材料封裝的LEDLED 燈珠，可提高內(nèi)部的熱擴(kuò)散性。采用高導(dǎo)熱、高散熱的金屬基板作燈芯板,使散熱片溫度分布均勻，從而使得散熱作用發(fā)揮到最大。1.3增大散熱面積鋁基板與散熱片交

4、界面處容易有空隙，而空氣的導(dǎo)熱系數(shù)很小，僅約0.03W0.03W / m m K K,因此可以在接觸面涂上具有較高導(dǎo)熱能力的膠狀導(dǎo)熱硅脂來(lái)增大實(shí)際接觸面積。同時(shí)，增大散熱片的散熱面積，將散熱片的結(jié)構(gòu)變形，以方便散熱。2溫度控制系統(tǒng)LEDLED 燈以額定功率工作產(chǎn)生的熱量超出其散熱能力時(shí)，本文在加強(qiáng)散熱的同時(shí)還采用控溫技術(shù)來(lái)進(jìn)行限制溫升。高溫時(shí)，溫控系統(tǒng)開(kāi)始工作，適當(dāng)減少驅(qū)動(dòng)器的輸出，達(dá)到了限制并降低溫升的目的；當(dāng)溫度降低時(shí)，恢復(fù)原工作狀態(tài)。文中選擇以下2 2 種方式來(lái)驅(qū)動(dòng) LEDLED燈。2.1恒流驅(qū)動(dòng)此方案通過(guò)控制驅(qū)動(dòng)器的輸出電流來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)LEDLED 燈的溫度控制。圖 2 2 為恒流驅(qū)動(dòng)器驅(qū)

5、動(dòng) LEDLED 燈框圖，驅(qū)動(dòng)器輸出到 LEDLED 模組，LEDLED 模組上產(chǎn)生的熱量通過(guò)良好的導(dǎo)熱材料傳導(dǎo)到燈芯板，最后經(jīng)由散熱片散熱到大氣中。當(dāng)外界散熱環(huán)境惡劣時(shí),達(dá)到溫度控制系統(tǒng)設(shè)定的溫度，得到反饋的信息后，驅(qū)動(dòng)器減少輸出，達(dá)到限制并降低圈2 2帶溫度控制的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)権圖圖 3 3 為恒流電源給 LEDLED 燈供電控制原理圖。電源的指標(biāo)為：220V220V ACAC 輸入，電流一 1.7A1.7A 可調(diào)，電壓自適應(yīng)（363639V39V ）。圖 3 3 中左側(cè)細(xì)虛線框中部分為控制電路，其中 為可調(diào)電阻器;NTCNTC 為負(fù)溫度系數(shù) 熱敏電阻；K K。為常開(kāi)溫度 繼電器，其閉合溫度為

6、5656 C, 自動(dòng)斷開(kāi)溫度為 4545 C; R R,為匹配電阻。圖3 3 右側(cè)粗虛線框中部分為 LEDLED 模塊部分。溫度 繼電器和熱敏電阻安裝在 LEDLED 模塊上，并與模塊緊密接觸， 以便將 LELED D的溫度信息反饋給控制電路。常溫下 K K。圖3 3恒流驅(qū)動(dòng)器溫控連線圖處于斷開(kāi)狀態(tài)，此時(shí)控制電路中只有W1W1 起控制作用，設(shè)定常溫工作總電流恒定為L(zhǎng)EDLED 模組的溫度會(huì)LEDLED1.21.2W1W1ACZDCACZDC電模塊Input:Input: 220V220VACACOutputOutput: :電aEL2A-aEL2A-L7AaraL7Aara-電流準(zhǔn)電GNDGN

7、DVIVI嚴(yán)d d I2J1.60A1.60A。當(dāng)繼電器溫度上升到 5656 C 時(shí)，K K。自動(dòng)閉合，整個(gè)控制電路開(kāi)始工作，以減小恒流電源的輸出；當(dāng)溫度降低到 4545 C 時(shí)，K.K.自動(dòng)斷開(kāi)，電源額定輸出。該過(guò)程可用圖4 4 表示，圖中 r r 為 K K。的溫度，R R。為 NTCNTC 的阻值。圈4 4 a a度控制原理圖控制電路阻值與輸出總電流的關(guān)系列于表1 1 ,其中 R R 為控制電路的等效電阻。 經(jīng)過(guò)在恒 溫箱中測(cè)試，每 2 2。C記錄 1 1 組數(shù)據(jù)得到如圖 5 5 所示的 NTCNTC 熱敏電阻的溫度一阻值曲線。該方案中，驅(qū)動(dòng)電源通過(guò)接收到反饋的溫度信息來(lái)控制輸出電流，根

8、據(jù)圖阻值的關(guān)系，只要找到輸出電流隨總阻值的變化關(guān)系（如圖 配，便可找到溫度與驅(qū)動(dòng)器輸出電流的關(guān)系。 1 1控制電路阻值與輸出總電流的關(guān)系工作溫度（T T）控制網(wǎng)給總阻值fiCkftfiCkft）電源輸出總電流（A A）備注5656563.03.01.355656 C 時(shí)，因 K K。閉合，恒流電源輸出減小，此時(shí)要使控制網(wǎng)絡(luò)總電阻為 計(jì)算，R R。值為 3.63.6 kQkQ。2.2恒壓驅(qū)動(dòng)此方案通過(guò)控制驅(qū)動(dòng)器的輸出電壓來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)LEDLED 燈的控制。總體框架與恒流驅(qū)動(dòng)類似, 不同的是，該方案采用恒壓驅(qū)動(dòng)器，溫度控制系統(tǒng)電路有所不同。圖 7 7 為恒壓驅(qū)動(dòng)器溫控的連線圖。TrimTrim 端用來(lái)

9、調(diào)節(jié)電源的輸出。左側(cè)點(diǎn)線型虛線框中3kll3kll，經(jīng)過(guò)部分為控制電路，其中：PTCPTC 為正溫度系數(shù)溫敏電阻；R1R1、R2R2、R R,均為普通電阻，與 PTCPTC溫敏電阻匹配調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)器輸出電壓；K K。為常閉型溫度繼電器，其斷開(kāi)溫度為6060 C,自動(dòng)閉合溫度為 4848 %。右側(cè)虛線框中部分為 LEDLED 模塊部分。K K。和 PTCPTC 安裝在 LEDLED 模塊上，并溫度繼電器自動(dòng)閉合，并使電源正常輸出。經(jīng)過(guò)測(cè)試，得出驅(qū)動(dòng)器接的總電阻值尺與驅(qū)動(dòng)器輸出電壓U U 之間的關(guān)系，見(jiàn)表 2 2?？梢钥闯觯弘S著電阻的增加，輸出電壓呈減小趨勢(shì)。當(dāng)溫度達(dá)到6060 C 時(shí)，圖 7 7 控

10、制電路中溫度繼電器K K。斷開(kāi)，此時(shí)，只要電阻匹配得當(dāng)，我們便可以得到設(shè)定的輸出電壓。各阻值計(jì)算方法同上， 在此不作具體計(jì)算。3 3 試制驅(qū)動(dòng)器實(shí)測(cè)結(jié)果本項(xiàng)研究進(jìn)行了大功率LEDLED 路燈和 LEDLED 投射燈及驅(qū)動(dòng)器的研制工 作。圖 8 8 為 LEDLED 路燈樣燈及其恒流驅(qū)動(dòng)器，燈體采用一體化設(shè)計(jì)，測(cè)得常溫輸入驅(qū)動(dòng)器的交流電流為 270mA270mA，燈長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行狀況良好，其總光通量為3 3 408408 lmlm ，在控溫作用時(shí), 輸出電流減小為常溫的 8787 %。圖 9 9 為 LEDLED 投射燈樣燈及其恒壓驅(qū)動(dòng)器，測(cè)得常溫下輸入驅(qū) 動(dòng)器的交流電流為 140mA140mA，總

11、光通量為1 1 011011 ImIm ，在控溫作用時(shí)，電壓減小為常溫的 9090 %。4848。 C時(shí),V V。端與 TrimTrim 端之間連自動(dòng)斷開(kāi)，整個(gè)控制電路工作，從而減少恒壓電源的輸出，當(dāng)溫度降低到與模塊緊密接觸。常溫下 K K。處于閉合狀態(tài)，此時(shí)控制電路中控制驅(qū)動(dòng)器額定輸出，該 LEDLED衰2 2恒壓驅(qū)動(dòng)控制網(wǎng)絡(luò)總阻值與輸出電壓的對(duì)應(yīng)關(guān)R R（n n）100100195195300300400400500500U(V)242423232222212120201919神逹;-下7676 T1T1 - r r圖8 8 LEDLED路燈及其驅(qū)動(dòng)S S圖9 9 LliDLliD投射燈及其驅(qū)動(dòng)在 LEDLED 照明過(guò)程中，恒壓驅(qū)動(dòng)器給 LEDLED 燈提供恒定電壓，而當(dāng)溫度升高時(shí),LEDLED 燈PNPN 結(jié)電壓 V V，將會(huì)以約一 2mV2mV /CC 速度下降，從而流經(jīng) LEDLED 燈的電流迅速增大,影響其使用壽命；而使用恒流驅(qū)動(dòng)器則避免了這一現(xiàn)象。因此一般建議使用恒流驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)LEDLED燈。5結(jié)語(yǔ)本文提出的控溫方案有效降低了大功率LEDLED 燈的溫升，且溫度升