發(fā)光二極管(led)技術(shù)已經(jīng)取得了快速的進展，而芯片設(shè)計和材料的改進促進了更亮、更耐用光源的開發(fā)，使光源應(yīng)用范圍日益擴大。但LED照明廠商仍須繼續(xù)克服LED光源熱敏感性強的難題。熱量過多或應(yīng)用不當(dāng)都會使LED光源的性能大打折扣。

　　散熱管理決定LED壽命

　　使用一個60瓦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作為光源達到相同的900流明照度只需要十二個LED。假設(shè)順向電壓(VF)為3.2伏特，電流為350毫安，該燈具的輸入功率可按下列公式1計算：

　　功率=12x3.2伏特x350毫安=13.4瓦………公式1

　　在此情況下，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、材料等有關(guān)。在LED產(chǎn)生的總熱量中，有90%透過傳導(dǎo)傳輸。表1為耗散來自LED接面的熱量，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約10%。比如一個LED可能轉(zhuǎn)換近10.72瓦熱量(13.4瓦×0.8)。其中，9.648瓦(10.72瓦×0.9)透過傳導(dǎo)從LED接面?zhèn)鬏敾蜻w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)臒峁芾恚@種熱量會影響LED壽命和色彩輸出。同時由于LED驅(qū)動裝置屬于硅組件，很快就會失效，因此必須配備故障安全備用過電流保護裝置。

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　　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)光量隨接面溫度升高而減少，對某些技術(shù)而言，發(fā)射波長也會隨溫度而變化。如果不對驅(qū)動電流和接面溫度加以適當(dāng)控制，LED效率會迅速下降，造成亮度減弱、壽命縮短。與接面溫度有關(guān)的另一個LED特性是順向電壓(圖1)，VF為經(jīng)過LED順向壓降，當(dāng)傳導(dǎo)開始時，VF約為2伏特(對于紅色LED)和3.5伏特(對于藍色LED);TF為在PN接面上，LED內(nèi)部的溫度。如果該溫度過高，LED將損壞;Ij為經(jīng)過LED的順向電流。如果僅使用一個簡單的偏壓電阻控制驅(qū)動電流，VF將隨溫度升高而下降，驅(qū)動電流增大。尤其對大功率LED而言，這將導(dǎo)致熱崩潰，并造成組件失效。常見的做法是透過將LED安裝在金屬芯印刷電路板(PCB)上加速導(dǎo)熱，從而控制接面溫度。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)機以及LED開路和短路檢測。但是，要保護IC和其他敏感電子組件，可能需要額外的過流保護組件。

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　　圖1 順向電壓隨接面溫度升高而下降

　　輸入/輸出保護防止負載異常

　　LED是透過定電流驅(qū)動的，其順向電壓介于2～4.5伏特之間，與顏色和電流有關(guān)。舊式設(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)定的典型順向壓降設(shè)計LED電路會導(dǎo)致LED驅(qū)動裝置過熱。當(dāng)經(jīng)過LED的順向壓降下降到遠低于典型規(guī)定值的水平時，可能會出現(xiàn)這種情況。在這類事件中，經(jīng)過LED驅(qū)動裝置的電壓升高可能導(dǎo)致來自驅(qū)動裝置封裝的總功率耗散更高，因此對性能或壽命產(chǎn)生不利影響。

　　目前，多數(shù)LED應(yīng)用利用功率轉(zhuǎn)換和控制組件連接各種功率源，如交流電線、太陽能電池板或電池，來控制LED驅(qū)動裝置的功率耗散。對這些接口加以保護，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)(PPTC)組件(圖2)。可以與功率輸入串聯(lián)一個PolySwitch LVR組件，防止因電氣短路、電路超載或用戶誤操作而受損。此外，放在輸入端上的金屬氧化物變阻(MOV)也有助于LED模塊內(nèi)的過壓保護。

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　　圖2 開關(guān)模式電源的典型電路保護設(shè)計