LED 技術(shù) 已經(jīng)取得了飛速發(fā)展,而芯片 設(shè)計 和材料 的改進(jìn)促進(jìn)了更亮、更耐用光 源的開發(fā),光源應(yīng)用范圍日益擴(kuò)大。節(jié)能意識的不斷增強(qiáng)也加速了LED照明 技術(shù)的普及。如今,LED燈憑借以下優(yōu)勢正在迅速取代傳統(tǒng)照明方式:1)能耗低,新型燈泡的功耗范圍從0.83瓦到7.3瓦;2)壽命長,LED燈泡可使用5萬小時;3)LED燈泡耐熱、抗震,即開即用,非常適合需要頻繁開關(guān)操作的應(yīng)用場合;4)有助于滿足安全和綠色倡議;5)LED燈泡摸上去不燙手,不含汞;6)可充分調(diào)光,調(diào)光時,LED燈泡不會變色,而白熾燈在調(diào)光時會發(fā)黃;7)無頻率干擾,不會干擾無線電和電視信號的鎮(zhèn)流電阻器。
雖然這項技術(shù)正在不斷普及,但LED照明廠家仍在繼續(xù)攻克LED光源熱敏感性強(qiáng)的難題。熱量過多或應(yīng)用不當(dāng)都會使LED光源的性能大打折扣。
導(dǎo)熱性能比較
使用一個60W白熾燈泡的燈具 大約產(chǎn)生900流明照度,必須通過傳導(dǎo)耗散3瓦熱 量。使用典型直流LED作為光源達(dá)到相同的900流明照度只需要12個LED.假設(shè)VF(正向電壓)為3.2V,電流為350mA,該燈具的輸入功率可按下式計算:
在這種情況下,約20%輸入功率轉(zhuǎn)換為光,80%則轉(zhuǎn)換為熱。這取決于多種因素,發(fā)熱可能與底層不規(guī)則以及聲子發(fā)射、密封和材料等有關(guān)。
在LED產(chǎn)生的總熱量中,有90%通過傳導(dǎo)傳輸。為耗散來自LED結(jié)的熱量,傳導(dǎo)是導(dǎo)熱的主要通道,因為對流和輻射僅占全部熱傳輸?shù)募s10%.比如,一個LED可能轉(zhuǎn)換近10.72瓦熱量(13.4×0.8)。其中,9.648瓦(10.72×0.9)通過傳導(dǎo)從LED結(jié)傳輸或遷移。
顯然,LED光源需要精確的功率和熱管理系統(tǒng),因為與其他光源相比,提供給LED的電能大部分轉(zhuǎn)換為熱量。如果沒有適當(dāng)?shù)臒峁芾,這種熱量會影響LED壽命和色彩輸出。同時,由于LED驅(qū)動裝置屬于硅器件,它們很快就會失效。這說明必須要配備故障安全備用過流保護(hù)裝置。
與結(jié)溫有關(guān)的另一個LED特性是正向電壓。如果僅使用一個簡單的偏壓電阻器控制驅(qū)動電流,VF將隨溫度升高而下降,驅(qū)動電流增大。這會導(dǎo)致熱崩潰,尤其是對大功率LED,并造成元件失效。常見的做法是通過把LED安裝在金屬芯PCB上加速導(dǎo)熱,從而控制結(jié)溫。
電線耦合瞬態(tài)和涌流也會減少LED壽命,許多LED驅(qū)動裝置很容易因直流電壓和極性錯誤而受損。LED驅(qū)動裝置的輸出也會因短路而受損或毀壞。多數(shù)LED驅(qū)動裝置含有內(nèi)置安全功能,包括熱關(guān)機(jī)以及LED開路和短路檢測。但是,要保護(hù)集成電路(IC)和其他敏感電子元件,可能需要額外的過流保護(hù)器件。
LED驅(qū)動裝置輸入及輸出保護(hù)
LED是通過恒定電流驅(qū)動的,其正向電壓介于不到2V到4.5V之間,與顏色和電流有關(guān)。老式設(shè)計依靠簡單電阻器限制LED驅(qū)動電流,但是基于廠家規(guī)定的典型正向壓降設(shè)計LED電路會導(dǎo)致LED驅(qū)動裝置過熱。
PolySwitch LVR也可以放置在MOV之后。許多設(shè)備廠家首選保護(hù)電路與帶上游故障安全保護(hù)的可復(fù)位PolySwitch器件組合。在本例中,R1是與保護(hù)電路組合使用的鎮(zhèn)流電阻器。
上圖表示針對LED驅(qū)動裝置和燈泡陣列的典型電路保護(hù)設(shè)計。驅(qū)動裝置輸入上的PolyZen器件既為設(shè)計人員提供了傳統(tǒng)鉗位二極管的簡單性,同時又避免了對大量散熱(片)的需求。該器件有助于單個、小型封裝內(nèi)的瞬態(tài)抑制、反向偏壓保護(hù)和過流保護(hù)。

驅(qū)動輸出上的PolySwitch器件有助于防止因有害短路或其他負(fù)載異常而受損。為了充分發(fā)揮PolySwitch器件的作用,可以與金屬芯電路板或LED散熱片熱接。此外,與LED并置的PESD器件也可以對靜電放電(ESD)加以保護(hù)。
滿足2類功率源安全標(biāo)準(zhǔn)
總結(jié)
備注:名詞解釋
VF---經(jīng)過LED的正向壓降。當(dāng)傳導(dǎo)開始時,VF約為2V(對于紅色LED)和3.5V(對于藍(lán)色LED)。
Tj---LED內(nèi)部溫度,在PN結(jié)上。如果該溫度過高,LED將損壞。
IF---經(jīng)過LED的正向電流。