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LED驱动器的主动式热能管理介绍

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来源: 作者: 2018-10-26 13:41:40

LED驱动器的主动式热能管理介绍

导读:

LED光源为照明产业的大势所趋,惟整体发光效率仍未达市场要求,其中,散热缺陷为首要解决的棘手课题,目前产业界已发展出利用LED驱动器的主动式热能管理,其藉由内建热能回折功能,以改善LED在使用年限与散热的发展窒碍。

LED光源为照明产业的大势所趋,惟整体发光效率仍未达市场要求,其中,散热缺陷为首要解决的棘手课题,目前产业界已发展出利用LED驱动器的主动式热能管理,其藉由内建热能回折功能,以改善LED在使用年限与散热的发展窒碍。   在2007年,美国能源部能源情报署(EIA)发表一篇报告,在该篇报告中特别提到美国(在商业区与住宅)的照明设备总共约消耗5,260亿千瓦小时的电能。若参考2008年EIA的报告,可发现美国一座核能发电厂能产生124亿千瓦小时的电能。因此,透过简单的计算可知,美国光在照明设备的使用即须耗掉四十二座核能发电厂的电能。随着人口数量的逐渐成长,照明工业必须寻找新型态的照明光源,以提高照明效率与降低能量消耗。   在照明工业上,发光二极管(LED)一直以来都被寄予厚望能取代传统白炽灯、荧光灯及各种气体放电光源的照明设备,主因系LED能降低功耗,并让土壤不受到有害化学物质危害。然即使LED的发光效率早已超越如氙气灯(HID)的高效率光源,但在内部电路组成与整体亮度表现仍不尽理想。  LED的发光效率受限于光产生方式,与其采用的材料制造方式无关。LED内部发光的方式通常以非辐射方式产生,因此大多数的光会被重新吸收并产生热源。以磷光体为主的白光LED,会因为史托克位移效应(Stokes Shift)所产生的热源而造成LED发光效率降低。不过有几种创新的解决方案能改善辐射复合率与光子吸收的问题,以增加LED的亮度与发光效率。  透过植入光子晶体提高亮度   Luminus Devices率先提出一种解决方案,藉由植入光子晶体,以便为局限(Trapped)在基板中的光子提供波导管。光子晶体是自然生成的物质,在蛋白石这类型的材料中便可看到光子晶体的存在,其紧密的结构特性,可提供光线放射的路径,能产生更高密度的光场强度,藉此特性与其他如量子井、光共振腔等特点,能使LED亮度超乎想象增加。对于需要高亮度的应用,如投影机、液晶显示器(LCD)背光板光源及其他特殊的应用而言,这些特殊的组件皆已相当普及,未来希望能应用在一般照明设备。  每种照明设备均存在光源使用寿命问题,经常遭遇的状况有类似白炽灯泡的钨丝突然烧断,或因长时间使用而使得光源材料因逐渐老化以致变暗而故障,LED亦因组件的接面温度而出现老化现象。所有的照明设备在提供稳定亮度条件下,于一定使用年限后,亮度势必会逐渐低于有效亮度之下。在不同的照明应用装置中,皆有使用寿命时间限制。举例来说,当使用在路灯装置的亮度已衰减至原先50%时,即代表使用年限,但使用在医生内视镜的光源装置可能亮度尚未衰减那么多。  藉热能管理/LED驱动IC管理亮度损耗   LED使用寿命的终点代表其照明亮度已低于可用的水平以下,而LED使用寿命的长短与温度的关联性非常高(图1)。若以图1中的曲线为设计参考,要设计出一款通用型的照明设备,且使用寿命至少50,000小时后还能有最初50%的亮度,则接面温度必须控制在100℃之下。在不使用主动冷却的前提下,将是极为艰巨的任务。另外,由于LED无法使用辐射散热的问题,此将使得散热弊病更雪上加霜。传统白炽灯泡可经由辐射方式分散出大量的红外线热能,而LED则须考虑如何解决散热问题。此外,在使用过程中,若接面温度瞬间超过制造商所限制的温度范围,就会对发光组件的寿命造成剧烈的永久伤害。图1 LED照明的温度效应

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