對目前常見的白熾燈泡或是熒光燈,、省電燈泡來說,,即便產(chǎn)品本身運行可能產(chǎn)生熱能,但組件的高熱仍可以被有效隔離,,使光源與電源接座不會因熱而產(chǎn)生意外的公安問題,。但LED固態(tài)照明就不同,一來LED組件集中單點的運行高溫,,必須采取更多積極手段進行散熱處理,,同時搭配主動有效的熱處理機制,才能避免燈具發(fā)生公安問題...
傳統(tǒng)光源或燈具多有運行過程產(chǎn)生高熱的問題,,例如鹵素?zé)襞莼虬谉霟襞?,若是白熾燈形式,即在特殊處理的燈球環(huán)境內(nèi)加熱鎢絲產(chǎn)生光亮,。
實際上,,高溫產(chǎn)生在燈絲上而非燈座,即便燈座會因燈球玻璃或是金屬受鎢絲發(fā)光的輻射熱,、熱傳導(dǎo)間接產(chǎn)生高溫,,但產(chǎn)生的溫度都在可接受的安全范圍,再加上非直接接觸傳導(dǎo),,安全性也相對較高,。
LED固態(tài)光源 熱處理問題較傳統(tǒng)燈具復(fù)雜
但換成LED固態(tài)光源形式的燈具,其熱處理便可能成為新的應(yīng)用安全問題,。多數(shù)人會認為LED具高能源轉(zhuǎn)換效率,、低驅(qū)動能源優(yōu)勢,自然使用安全性較高,,但實際上LED固態(tài)光源為了達到日常照明的應(yīng)用目的,,必須透過加大單組組件的功率去強化單元件的輸出流明,例如燈具廠會采取多LED組件整合形式加強輸出效果,,且多組件同時運行也能改善LED固態(tài)光源光型偏向點光源的問題,,讓LED固態(tài)光源技術(shù)的燈具可產(chǎn)生如燈泡般的面光源效果。
在開發(fā)現(xiàn)場,,欲強化單元件的輸出流明,,必須施加更高的電流,,以使LED芯片的PN接面產(chǎn)生更多流明,但更高電流也會讓單點LED組件的溫度升高,、更難處理,,甚至為了提高燈具的光型表現(xiàn)、發(fā)光效率而采取多組件并用形式,,也會使LED燈具的高溫問題加劇,,讓散熱問題更難處理。
綜觀目前LED燈具市場的發(fā)展趨勢,,多數(shù)LED光源的模塊廠大多會先以利基市場產(chǎn)品為開發(fā)主力,,因為高單價、高利潤,,也可以借由技術(shù)差異迅速打入發(fā)展技術(shù)較前衛(wèi)的LED光源市場,,例如,針對室內(nèi)裝潢,、情境燈具應(yīng)用的嵌燈,、壁燈、吸頂燈就成為LED光源燈具較常見的設(shè)計形式,,其替換傳統(tǒng)燈具后的省電效益亦最受相關(guān)業(yè)者關(guān)注,。
基本上,LED光源燈具必須重點處理的熱管理設(shè)計,,在可能于密閉或半密死循環(huán)境使用的嵌燈,、壁燈、吸頂燈產(chǎn)品,,形成更嚴苛的挑戰(zhàn),,燈具開發(fā)商必須從材料、產(chǎn)品構(gòu)型,、主/被動散熱機制,、驅(qū)動芯片設(shè)計等方面投入更多資源,以避免產(chǎn)品的公安問題肇生,。
LED嵌入式燈具體積小,,且常采多組件整合,模塊的散熱設(shè)計難度較高,。
NTC持續(xù)監(jiān)控運行溫度 維持LED燈使用安全
若LED燈具沒有搭配足夠的熱管理設(shè)計,,在使用過程中可能會導(dǎo)致燈具因為經(jīng)常性高熱運行造成壽命銳減,產(chǎn)生必須頻繁更換故障LED燈具的困擾,,嚴重者甚至可能釀成公安意外,,因運行高溫造成線路或是周邊裝潢著火燃燒!
在產(chǎn)品開發(fā)階段,可運用智能型LED燈光控制技術(shù),,透過主動式的監(jiān)看LED燈具與整體光源模塊的溫度表現(xiàn),,簡化裝置的熱管理工作,同時當燈具與環(huán)境周遭溫度上升至危險區(qū)段時,,燈具必須降低電功率,、減少LED亮度輸出,以此提升LED固態(tài)光源燈具的使用安全性,。
考慮較簡單的設(shè)計形式,,若燈具本身所使用的驅(qū)動器功能較聚焦于電源轉(zhuǎn)換與LED組件驅(qū)動,并未內(nèi)嵌溫控微處理器與散熱處理模塊,,為避免增加產(chǎn)品原料件的成本,,LED燈具可整合NTC(Negative Temperature Coefficient)負溫度系數(shù)Thermistor Sensors電路,是成本效益相對較高的安全設(shè)計方案,。
所謂NTC電路,其設(shè)置目的是藉由透過電子回路去監(jiān)看LED的模塊燈具溫度,,透過默認溫度警示或是對應(yīng)自動處理驅(qū)動狀況,,采關(guān)閉LED固態(tài)光源模塊方式,來提升LED燈具的使用安全,,同時NTC電路也能降低設(shè)計的復(fù)雜度,。
由于NTC電路的溫度系數(shù)非常大,因此可以偵測得知微小的溫度變化表現(xiàn),,被廣泛應(yīng)用于需量測,、控制與補償溫度的相關(guān)電路設(shè)計中,而NTC電路在LED光源模塊設(shè)計中,,基本上為量測LED固態(tài)光源燈具的產(chǎn)品周邊溫度變化,,至于量測狀況會隨著NTC改變的電壓現(xiàn)況,直接測得電壓和NTC電路的溫度對應(yīng)關(guān)系,。
當NTC和周邊電路或整個模塊溫度提升時,,NTC監(jiān)控電路的電阻隨即降低,產(chǎn)品可依此相依關(guān)系進行相關(guān)安全控制機制反饋,,例如減少LED發(fā)光組件的驅(qū)動電流或是直接強制關(guān)閉燈具照明,,在燈具溫度問題改善后自動回復(fù)照明狀態(tài),藉此獲得燈具使用的安全性,。
采SMD形式制作的NTC THERMISTOR組件,。
監(jiān)看LED燈具溫度 亦可導(dǎo)入MCU微控制器達到智慧監(jiān)控
前述NTC電路的改善形式,若想達到更佳的保護設(shè)計,,搭配MCU進行更精密的安全設(shè)計也是一種相對務(wù)實的作法,,在開發(fā)項目中,可將LED光源模塊的狀態(tài)區(qū)分為燈光是否正常開啟、燈光是否被關(guān)閉,,搭配溫度警示與溫度量測的程序邏輯判斷,,建構(gòu)更為完善的智慧燈具管理機制。
例如,,若出現(xiàn)燈具溫度警示,,經(jīng)溫度量測得知模塊溫度仍在可接受范圍,可維持正常途徑,,透過散熱片自然散逸運行溫度,;而當警示告知所測得溫度已達需執(zhí)行主動散熱機制的基準,此時MCU必須控制散熱風(fēng)扇作動,,甚至當溫度達到危險值,,系統(tǒng)必須透過MCU直接關(guān)閉驅(qū)動器供應(yīng)電源,讓整體電子回路,、LED組件暫時停止運行,,自然進行散熱處理。
判斷燈具是否開啟或關(guān)閉,,可用簡單的判斷位來做變化與了解產(chǎn)品目前使用狀態(tài),,比較關(guān)鍵的是溫度量測部分,所量測的溫度必須實時與系統(tǒng)的參照表進行比對,,以確認目前模塊狀態(tài)的正?;虍惓3潭龋嬎愠鰷囟乳g距后,,自動對應(yīng)進行溫控管理,。
同樣的,當溫度進入危險區(qū)段時,,控制機制應(yīng)隨即關(guān)閉燈源,,同時在系統(tǒng)關(guān)閉后60秒或180秒后再次進行溫度確認,待LED固態(tài)光源模塊溫度達正常值,,再重新驅(qū)動LED光源,,繼續(xù)提供照明。
嵌入式燈具外殼采鋁擠型或散熱片設(shè)計,,可發(fā)揮自體散熱作用,。