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大功率LED照明散热的探讨

类别:行业知识 发布时间:2011-12-30

    随着政府和民众节能环保意识的提高,以及大功率LED技术的进步,大功率LED正越来越多地用在通用照明应用中,包括大功率LED景观照明、大功率LED交通信号灯、大功率LED室内装饰灯、大功率LED矿灯、大功率LED航标灯、汽车用大功率LED照明灯和室内大功率LED装饰灯等。这些大功率LED不仅已经可以提供照明应用所要求的亮度、使用寿命、色温,还具有光源定向性、维护成本低(使用寿命长)、能量消耗少、环保、省电等优异特性。
    比如,全球有超过200亿个采用白炽灯、卤素灯、荧光灯的照明装置,这些照明装置很多都被用来提供定向照明,但它们的光源是全方向性的,光使用效率比较低。以家用射灯为例,如果不带反射罩,传统射灯一般只有50%的光使用效率。大功率LED灯可以提供高效率的方向性照明,使用寿命可达50,000个小时。
    但是,大功率LED散热问题和相对较高的成本目前仍是阻碍大功率LED照明应用迅速普及的两大难题。LED的每瓦流明已取得了很大改进,但大功率LED的大多数电能均被转化为传导热。此外,对于一般照明,将需要数个或者大量的LED放在一个模组中以达到所需的亮度。多个LED集中在有限的空间中,将造成散热困难,LED模块温度升高,导致LED的寿命降低,并加速LED的光衰、影响LED驱动器等元件的效率和可靠性(一般元件的工作温度需控制在80°C以下)。温度升高,还使LED输出的光波长发生变化,改变颜色特征,有可能影响汽车照明。
    “解决散热问题有几个方案可选择,包括选择高质量的解决方案;进行热量控制,当温度升高时减少电流,以降低功耗;选择进行合理的热设计,等等。” 具有12年LED业务经验大功率LED照明产品开发总监指出,“比如,Cree公司的产品。在Lumileds、Cree和Nichia三大大功率LED厂商中,Cree公司的产品在亮度和效率方面具有显著优势。Cree的最新产品仅需1W功率就能提供100流明的亮度,在同等亮度下消耗的功率更少,而其独特的结构还有利于散热。”
    Cree公司的XLamp LED能在50,000小时内保持自己原有光通量的百分之七十,远大于普通室外发光设备的使用时间。?此外,XLamp XR-E XR-E LED的CRI(显色指数)能够达到80,而钠发光设备只能达到20或者更低。XLamp XR-E发光二极管提供标准的等级代码,在350毫安下每二极管可达到100流明的光度,配合其较高的高度输出,它只需用少于80个的XR-E发光二极管便能达到一般街灯照明的要求。
    针对消费者普遍认为的大功率LED成本相对高的问题,吴秉彦也有不同的看法:“在亮度相同的情况下,目前大功率LED射灯的价格是传统射灯的10倍左右,但这并不是大功率LED照明成本的完整写照。事实上,很多人只看到了大功率LED灯的本身成本,而没有考虑整体使用成本。”
    他解释说,使用成本除了单个灯具的成本外,还有耗电的成本、更换灯的成本(在需要维修或更换之前, 大功率LED灯具有更长使用寿命)以及环境保护成本(大功率LED灯需要处理的废弃包装和灯具更少)。如果这几项加起来,长期来看,使用寿命长、省电的大功率LED灯具有更大经济效益。
    此外,大功率LED的价格下降得非常快。据涛源介绍,大功率LED的价格一般是每流明5美分,现在是每流明4美分。预计当大功率LED灯的价格为其竞争的传统灯的3~5倍时,大功率LED灯的使用量将有大飞跃,这个时间可能是一年后,或者是两年后,关键要看它在亮度性能上的发展速度。
    “大功率照明应用是最大的半导体市场,随着LED的亮度不断提高,LED将不断开拓新的应用范围。此外,为节省能源、保护环境,全球很多国家和地区都将取缔耗电的老式白炽灯,例如欧洲从2010年开始将禁止使用白炽灯,这些都显示了大功率LED照明应用的市场前景巨大。”吴秉彦表示。
    涛源积极为推动大功率LED照明应用而布局,该公司首次以业务线的模式成立了照明业务团队,并提供大功率LED照明应用所需的几乎所有的器件和元件,包括Cree公司的大功率LED;IRC公司的散热器;国际整流器公司(IR)、Fairchild、Linear、Micrel、NSC、安森美、ST、TI等公司的LED驱动器;Atmel、Freescale、恩智浦半导体公司(NXP)、TI公司的微控制器、Tyco的保护元件、Avago的RGB模快。涛源还为大功率LED照明应用提供技术增值服务。他们基于Freescale的8位微控制器MC9RS08KA2的设计方案,可为大功率LED照明提供稳定的电流源。这个设有封闭回路电流控制的电路,通过一系列不同的电流设定来实现一个设有光暗控制的小型LED光源,以示范采用MCU来驱动一个高光度大功率LED的好处。


基于Freescale的8位微控制器MC9RS08KA2 LED电流源电路。
 

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