散熱管理是新型LED燈中最困難、要求最嚴(yán)格且成本最高的設(shè)計(jì)部分,。如果不進(jìn)行充分的散熱管理,，將會(huì)造成照明失效或火災(zāi)等災(zāi)難性后果。如果不進(jìn)行有效的散熱管理,，則會(huì)帶來(lái)需要頻繁更換失效的LED燈或者導(dǎo)致建筑物火災(zāi)等災(zāi)難性后果,。使用智能LED燈控制功能來(lái)監(jiān)控LED燈的溫度是較為簡(jiǎn)單的散熱管理辦法，同時(shí)由于LED燈能在溫度升高情況下降低功率,，因此安全性也將會(huì)得到大幅提升,。
NTC散熱管理
NTC電路的基本原理是通過(guò)監(jiān)控LED燈的溫度來(lái)提升LED燈的安全性并降低設(shè)計(jì)復(fù)雜度。當(dāng)溫度升高時(shí),，控制器減少流明并借以將LED保持在安全水平之內(nèi),。換言之，當(dāng)溫度升高時(shí),，減少流明,，反之，當(dāng)溫度下降時(shí),，則增加流明,。
我們可通過(guò)檢測(cè)NTC上的電壓來(lái)檢測(cè)LED燈的溫度變化。檢測(cè)到的電壓與NTC的溫度有直接關(guān)系,，而NTC的電阻會(huì)隨NTC及其周邊電路溫度的升高而下降,。使用NTC確定溫度有兩種基本方法,。
方法一：在系統(tǒng)強(qiáng)制實(shí)施已知電壓的分壓器電路中使用NTC，并隨后測(cè)量NTC節(jié)點(diǎn)上的電壓,。NTC溫度升高時(shí),，電阻減小。電阻減小將導(dǎo)致分壓器比的變化,。NTC節(jié)點(diǎn)的電壓也會(huì)隨溫度升高而下降,。
方法二、強(qiáng)制已知電流通過(guò)NTC,，并測(cè)量NTC上的電壓,。NTC溫度升高時(shí)，電阻減小,。根據(jù)歐姆定律,，電阻減小將改變NTC節(jié)點(diǎn)上的電壓。如電阻減小而電流保持不變,，NTC節(jié)點(diǎn)上的電壓也會(huì)下降,。
就改進(jìn)操作、提高安全性而言,，這兩種監(jiān)控LED燈溫度的方法實(shí)施起來(lái)都很簡(jiǎn)單直接,。圖1是使用LED作為升溫源頭的這兩種方法的原理圖。
圖1：使用NTC確定溫度的兩種基本方法,。
溫度過(guò)高還是LED故障?
LED燈的流明輸出下降時(shí),，了解是否因過(guò)高的溫度環(huán)境還是因?yàn)長(zhǎng)ED出了故障而導(dǎo)致LED輸出下降至關(guān)重要。我們可用顯示流明下降的指示器來(lái)確定下降原因,。
圖2所示系統(tǒng)中的流明下降是通過(guò)低功耗的紅色LED指示的,。當(dāng)系統(tǒng)處于最大流明輸出時(shí)，紅色LED關(guān)閉;當(dāng)LED燈溫度升高時(shí),，流明輸出則會(huì)下降,，而流明輸出下降時(shí)，紅色LED即會(huì)開(kāi)啟,。隨著流明輸出不斷下降,，紅色LED的強(qiáng)度會(huì)相應(yīng)增加。當(dāng)流明輸出下降到其最低強(qiáng)度時(shí),，紅色LED將會(huì)完全開(kāi)啟,。
圖2
當(dāng)流明輸出處于最低強(qiáng)度而LED燈的溫度仍然較高時(shí)，紅色LED指示燈還可作為預(yù)警嚴(yán)重問(wèn)題的報(bào)警器,。在報(bào)警模式下,，紅色LED會(huì)在白色LED全部關(guān)閉的情況下不斷閃爍。
圖3的方框圖顯示了帶有NTC和警報(bào)指示器的普通LED驅(qū)動(dòng)器和LED控制器,。普通LED燈包含的一個(gè)LED驅(qū)動(dòng)器經(jīng)配置后可通過(guò)LED提供一個(gè)設(shè)置電流,。驅(qū)動(dòng)器無(wú)法根據(jù)溫度降低流明,。驅(qū)動(dòng)器提供的溫度監(jiān)控功能只能用于自身保護(hù)，并在溫度極高的情況下完全關(guān)閉,。
圖3：帶有NTC和警報(bào)指示器的普通LED驅(qū)動(dòng)器和LED控制器
LED控制器具有普通LED驅(qū)動(dòng)器的全部控制功能,，并能增強(qiáng)溫度監(jiān)控,、通信和調(diào)光控制等其他功能的智能水平,。方框圖中藍(lán)色部分是LED控制器的基本模塊和組件。以紅色顯示的組件不是基本操作所必需的,，但顯示用于本文所述的NTC和報(bào)警功能,。
普通LED添加NTC后，就能以可控順序在溫度達(dá)到預(yù)設(shè)限度時(shí)關(guān)閉LED燈,。LED控制器右側(cè)的兩個(gè)紅色組件(電阻和NTC)根據(jù)NTC操作部分所介紹的方法一進(jìn)行配置,。控制器向電阻元素提供精確的電壓,。NTC節(jié)點(diǎn)處的電壓由控制器測(cè)量,，以便轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的系統(tǒng)溫度。
報(bào)警機(jī)制可讓LED燈顯示溫度升高并達(dá)到必須關(guān)閉以確保安全的程度,。LED控制器左側(cè)的兩個(gè)紅色組件(電阻和LED)是基本的指示燈LED配置,。LED的亮度由PWM(脈沖寬度調(diào)制)信號(hào)控制。LED在PWM占空比提高情況下會(huì)增加亮度,。
上述智能LED燈以另外一個(gè)LED指示燈的方式顯示報(bào)警信息,。LED報(bào)警只是智能LED能夠采用的眾多通信接口之一。此外還可采用PLC(電力線(xiàn)通信),、DMX(數(shù)字多路復(fù)用)和DALI(數(shù)字可尋址照明接口)等接口,。流明調(diào)節(jié)
圖4的流程圖顯示了監(jiān)控LED燈溫度并在溫度達(dá)到一定安全限度情況下調(diào)節(jié)流明大小的簡(jiǎn)單算法。流程圖頂部的“加電啟動(dòng)——系統(tǒng)初始化”塊是微控制器初始化塊,。墻壁開(kāi)關(guān)打開(kāi)后,，LED燈加電，該塊將配置LED燈進(jìn)行基本操作,，如流明輸出和溫度檢測(cè)等,。
圖4:LED燈監(jiān)控及調(diào)節(jié)流程圖
“燈是否打開(kāi)?”塊檢測(cè)燈是否由于溫度過(guò)高而關(guān)閉。該簡(jiǎn)單的按位測(cè)試將明確燈是否打開(kāi),。如果設(shè)為燈開(kāi)位,，說(shuō)明燈打開(kāi)，如果未設(shè)為燈開(kāi)位,，說(shuō)明燈未打開(kāi),。首次加電時(shí)，燈是默認(rèn)打開(kāi)的并設(shè)定燈開(kāi)位,。
“警報(bào)”控制塊控制著溫度過(guò)高且LED燈被控制器關(guān)閉后的開(kāi)關(guān)序列,。接下來(lái)的“燈是否打開(kāi)?”塊將再次開(kāi)始檢測(cè)序列,。退出報(bào)警條件的唯一途徑就是斷開(kāi)并利用墻壁開(kāi)關(guān)再次供電。
接下來(lái)的“檢測(cè)溫度”塊將檢測(cè)NTC節(jié)點(diǎn)處的電壓,。NTC通常會(huì)隨溫度發(fā)生非線(xiàn)性變化,，因此檢測(cè)到的電壓可根據(jù)對(duì)照表進(jìn)行相關(guān)溫度比較。該溫度將用于后續(xù)兩個(gè)控制塊,。
“安全溫度”塊用于測(cè)定LED燈的溫度是否在安全范圍內(nèi),。當(dāng)溫度達(dá)到配置的最大值時(shí)，系統(tǒng)會(huì)將燈關(guān)掉,。若溫度低于允許最大值,，系統(tǒng)將繼續(xù)進(jìn)行溫度穩(wěn)定性測(cè)試。
“關(guān)燈”塊的作用是當(dāng)LED燈溫處于不安全范圍時(shí)將燈關(guān)掉,。接下來(lái)是“是否開(kāi)燈?”塊,，再次重新開(kāi)始檢測(cè)序列。
“溫度變化”塊用于測(cè)定上次流明調(diào)節(jié)循環(huán)以來(lái)的溫度變化是否需要提升或降低光輸出,。“溫度增加”塊用于測(cè)定溫度是升還是降,。由于前一個(gè)控制塊已經(jīng)測(cè)出自上次流明調(diào)節(jié)循環(huán)以來(lái)的溫度變化已足夠大，因此這里只有兩個(gè)選擇,。
“最大流明”塊用于測(cè)定LED燈是否設(shè)為最大流明輸出,。若流明輸出達(dá)到最大值，則重新進(jìn)入“是否開(kāi)燈?”塊,，重新開(kāi)始檢測(cè)序列,。
當(dāng)上一個(gè)控制塊測(cè)出流明輸出未達(dá)到最大值，便會(huì)觸發(fā)“流明升高,、調(diào)暗指示燈”塊,。該控制塊會(huì)根據(jù)初始化塊期間的配置將輸出調(diào)高一級(jí)，還會(huì)將指示燈LED調(diào)低一級(jí),，以使流明增加與指示燈變暗相匹配,，然后再重新啟動(dòng)檢測(cè)序列。
當(dāng)“溫度升高”塊測(cè)出溫度升高,，便會(huì)觸發(fā)“最低流明”塊,。若流明未達(dá)到預(yù)設(shè)的最低值，則流程導(dǎo)向“降低流明,，調(diào)亮指示燈”塊,。若流明輸出達(dá)到預(yù)設(shè)的最低值，則重新進(jìn)入“是否開(kāi)燈?”塊,，重新開(kāi)始檢測(cè)序列,。
“降低流明，調(diào)亮指示燈”塊會(huì)根據(jù)初始化塊期間的配置將輸出調(diào)低一級(jí),，還會(huì)將指示燈LED調(diào)高一級(jí),，以使流明減少與指示燈增加相匹配,，然后再重新啟動(dòng)檢測(cè)序列。
上述流程圖顯示了輸入電源循環(huán)期間LED燈保持關(guān)閉的情況,。流程稍作變動(dòng),，就能提供燈關(guān)閉后監(jiān)控溫度、在溫度降至安全限度內(nèi)重新打開(kāi)LED燈的序列,。