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LED技術(shù)已經(jīng)取得了飛速發(fā)展，而芯片設(shè)計(jì)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(shí)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(shì)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(zhǎng)，LED燈泡可使用5萬(wàn)小時(shí)；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(chǎng)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(shí)，LED燈泡不會(huì)變色，而白熾燈在調(diào)光時(shí)會(huì)發(fā)黃；7）無(wú)頻率干擾，不會(huì)干擾無(wú)線電和電視信號(hào)的鎮(zhèn)流電阻器。
雖然這項(xiàng)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(huì)使LED光源的性能大打折扣。
導(dǎo)熱性能比較：使用一個(gè)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(gè)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(jì)算：功率P = 12×3.2V×350mA = 13.4W。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?yàn)閷?duì)流和輻射僅占全部熱傳輸?shù)募s10%。比如，一個(gè)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?yàn)榕c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)臒峁芾恚@種熱量會(huì)影響LED壽命和色彩輸出。同時(shí)，由于LED驅(qū)動(dòng)裝置屬于硅器件，它們很快就會(huì)失效。這說明必須要配備故障安全備用過流保護(hù)裝置。大量實(shí)驗(yàn)說明，WHPTC在LED過流保護(hù)中具有特別優(yōu)勢(shì)。
結(jié)溫效應(yīng)
LED的光學(xué)性能因溫度不同而呈現(xiàn)明顯的差別。LED的發(fā)光量隨結(jié)溫升高而減少，對(duì)某些技術(shù)而言，發(fā)射波長(zhǎng)也會(huì)隨溫度而變化。如果不對(duì)驅(qū)動(dòng)電流和結(jié)溫加以適當(dāng)控制，LED效率會(huì)迅速下降，造成亮度減弱、壽命縮短。與結(jié)溫有關(guān)的另一個(gè)LED特性是正向電壓。如果僅使用一個(gè)簡(jiǎn)單的偏壓電阻器控制驅(qū)動(dòng)電流，VF將隨溫度升高而下降，驅(qū)動(dòng)電流增大。這會(huì)導(dǎo)致熱崩潰，尤其是對(duì)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，但整燈的內(nèi)外溫度差別較大，UL8750規(guī)定外表溫度不能超過60度，內(nèi)部不能超過90度，要達(dá)到這個(gè)目的，最簡(jiǎn)單有效的方法是選擇一顆WHPTC即可。
電線耦合瞬態(tài)和涌流也會(huì)減少LED壽命，許多LED驅(qū)動(dòng)裝置很容易因直流電壓和極性錯(cuò)誤而受損。LED驅(qū)動(dòng)裝置的輸出也會(huì)因短路而受損或毀壞。多數(shù)LED驅(qū)動(dòng)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(cè)。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，WHPTC成為首選。
LED驅(qū)動(dòng)裝置輸入及輸出保護(hù)：
LED是通過恒定電流驅(qū)動(dòng)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(jì)依靠簡(jiǎn)單電阻器限制LED驅(qū)動(dòng)電流，但是基于廠家規(guī)定的典型正向壓降設(shè)計(jì)LED電路會(huì)導(dǎo)致LED驅(qū)動(dòng)裝置過熱。
當(dāng)經(jīng)過LED的正向壓降下降到大大低于典型規(guī)定值的水平時(shí)，可能會(huì)出現(xiàn)這種情況。在這類事件中，經(jīng)過LED驅(qū)動(dòng)裝置的電壓升高可能導(dǎo)致來自驅(qū)動(dòng)裝置封裝的總功率耗散更高，因此對(duì)性能或壽命產(chǎn)生不利影響。
目前，多數(shù)LED應(yīng)用利用功率轉(zhuǎn)換和控制器件連接各種功率源，如交流電線、太陽(yáng)能電池板或電池，來控制LED驅(qū)動(dòng)裝置的功率耗散。對(duì)這些接口加以保護(hù)，防止它們因過流和過溫而受損，常常用到具有可復(fù)位能力的聚合物正溫度系數(shù)(WHPTC)器件。可防止因電氣短路、電路過載或用戶誤操作而受損。
WHPTC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WHPTC器件組合。 |
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發(fā)表于 2013-2-2 09:56:35
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