大功率LED工作溫度控制的一些技術(shù)點

摘要

大功率LED照明設(shè)備應(yīng)用越來越廣泛，大功率LED的發(fā)光亮度實際上與它的電流成正比，而大功率LED的正向電流也會隨著溫度的改變而改變。本文簡介了LED結(jié)溫原因和LED半導(dǎo)體照明光源散熱方式。

關(guān)鍵字：LED照明設(shè)備;結(jié)溫;散熱

前言

在近幾十年的發(fā)展時間里，LED發(fā)光效率越來越高、成本則越來越少，顏色也變的越來越豐富。這使得大功率LED作為一種高效、節(jié)能、環(huán)保、安全的清潔光源在不久的將來大有取代其他照明光源趨勢。然而，大功率LED燈的散熱問題仍然是其在照明領(lǐng)域應(yīng)用的一大發(fā)展瓶頸，是制約其成新一代照明光源的一個重要原因。

有研究數(shù)據(jù)表明，假設(shè)LED芯片結(jié)溫為25℃時的發(fā)光為100%，那么結(jié)溫上升至60℃時，其發(fā)光量就只有90%;當(dāng)結(jié)溫達(dá)到100℃時就會下降到80%;140℃就只有70%。可見改善散熱控制結(jié)溫對于提高其發(fā)光效率十分重要。大功率LED燈的散熱問題若解決不好，必將使LED燈工作溫度上升，結(jié)溫升高，從而導(dǎo)致LED色度點偏移，顯色指數(shù)下降，色溫增加，發(fā)光效率下降，使用壽命縮短。

大功率LED的發(fā)光亮度實際上與它的電流成正比，如果控制住了大功率LED的輸出光通量就等于控制住了它的發(fā)光亮度。而大功率LED的正向電流也會隨著溫度的改變而改變，當(dāng)環(huán)境的溫度超過一定值(我們稱為安全溫度)通過LED的正向電流會驟然減小，而在此時如果電流繼續(xù)加大，則會造成LED壽命減少。

所以此時，必須做出相應(yīng)的措施，在球泡燈輸入電流與周圍溫度等因數(shù)改變的時候能及時的對大功率LED正向電流做出控制。采用溫度補(bǔ)償?shù)募夹g(shù)，根據(jù)環(huán)境溫度動態(tài)調(diào)節(jié)輸出電流，實時監(jiān)視LED的溫度，使得在高溫條件下的大功率LED自動減小其電流，藉由此來使大功率LED燈具更具有安全性。

1.大功率LED照明產(chǎn)品現(xiàn)狀

“芯片-鋁基板-散熱器三層結(jié)構(gòu)模式”均被目前市場上大部分大功率LED照明燈具所采用，即先在鋁基板封裝芯片以形成LED光源模塊，然后再在散熱器上安裝光源模塊，這樣就可以制造成大功率LED照明燈具。目前仍沿用LED早期用于顯示燈和指示燈的方式作為大功率LED的熱管理系統(tǒng)，這種熱管理模式僅限于小功率LED使用。采用三層結(jié)構(gòu)模式的方式制備出來的大功率LED照明，在系統(tǒng)構(gòu)造方面仍存在許多不合理的地方，例如結(jié)構(gòu)之間有很高的結(jié)溫、比較低的散熱效率、更多的接觸熱阻，以致使芯片所釋放出來的熱量不能有效地散出與導(dǎo)出，致使LED照明燈具光衰大、光效低、壽命短，不能滿足照明需求。

由于受結(jié)構(gòu)、成本和功耗等諸多因素的限制，大功率LED照明難以采用主動散熱機(jī)制，而只能采用被動式散熱機(jī)制，但被動式散熱具有較大的局限性;而且目前LED的能量轉(zhuǎn)換效率仍不高，約有70%的輸入電能轉(zhuǎn)換為熱，即使光效再提高1倍也還有40%的能量轉(zhuǎn)化為熱，也就是說，很難提高到不用考慮散熱的程度。

2.LED照明光源的特性

與傳統(tǒng)日光燈、白熾燈和鹵素?zé)舨灰粯�，LED半導(dǎo)體照明光源是采用半導(dǎo)體材料制成的，由PN結(jié)構(gòu)成，電子-空穴對通過復(fù)合產(chǎn)生可見光，PN結(jié)正向?qū)�通，反向截止，其中N區(qū)對應(yīng)負(fù)極，P區(qū)對應(yīng)正極。LED半導(dǎo)體光源具有發(fā)光效率高，響應(yīng)時間短，體積小，節(jié)能等優(yōu)點。此外，它還具有傳統(tǒng)照明光源所沒有的特性：