大功率LED照明散热的探讨

大功率LED照明散热的探讨

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。

上图电路的演示板。