大功率LED照明散熱的探討

? 隨著政府和民眾節能環保意識的提高，以及大功率LED技術的進步，大功率LED正越來越多地用在通用照明應用中，包括大功率LED景觀照明、大功率LED交通信號燈、大功率LED室內裝飾燈、大功率LED礦燈、大功率LED航標燈、汽車用大功率LED照明燈和室內大功率LED裝飾燈等。這些大功率LED不僅已經可以提供照明應用所要求的亮度、使用壽命、色溫，還具有光源定向性、維護成本低(使用壽命長)、能量消耗少、環保、省電等優異特性。

比如，全球有超過200億個采用白熾燈、鹵素燈、熒光燈的照明裝置，這些照明裝置很多都被用來提供定向照明，但它們的光源是全方向性的，光使用效率比較低。以家用射燈為例，如果不帶反射罩，傳統射燈一般只有50％的光使用效率。大功率LED燈可以提供高效率的方向性照明，使用壽命可達50,000個小時。

但是，大功率LED散熱問題和相對較高的成本目前仍是阻礙大功率LED照明應用迅速普及的兩大難題。LED的每瓦流明已取得了很大改進，但大功率LED的大多數電能均被轉化為傳導熱。此外，對于一般照明，將需要數個或者大量的LED放在一個模組中以達到所需的亮度。多個LED集中在有限的空間中，將造成散熱困難，LED模塊溫度升高，導致LED的壽命降低，并加速LED的光衰、影響LED驅動器等元件的效率和可靠性（一般元件的工作溫度需控制在80°C以下）。溫度升高，還使LED輸出的光波長發生變化，改變顏色特征，有可能影響汽車照明。

“解決散熱問題有幾個方案可選擇，包括選擇高質量的解決方案；進行熱量控制，當溫度升高時減少電流，以降低功耗；選擇進行合理的熱設計，等等。” 具有12年LED業務經驗大功率LED照明產品開發總監指出，“比如，Cree公司的產品。在Lumileds、Cree和Nichia三大大功率LED廠商中，Cree公司的產品在亮度和效率方面具有顯著優勢。Cree的最新產品僅需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，而其獨特的結構還有利于散熱。”

Cree公司的XLamp LED能在50,000小時內保持自己原有光通量的百分之七十,遠大于普通室外發光設備的使用時間。?此外，XLamp XR-E XR-E LED的CRI(顯色指數)能夠達到80，而鈉發光設備只能達到20或者更低。XLamp XR-E發光二極管提供標準的等級代碼，在350毫安下每二極管可達到100流明的光度，配合其較高的高度輸出,它只需用少于80個的XR-E發光二極管便能達到一般街燈照明的要求。

針對消費者普遍認為的大功率LED成本相對高的問題，吳秉彥也有不同的看法：“在亮度相同的情況下，目前大功率LED射燈的價格是傳統射燈的10倍左右，但這并不是大功率LED照明成本的完整寫照。事實上，很多人只看到了大功率LED燈的本身成本，而沒有考慮整體使用成本。”

他解釋說，使用成本除了單個燈具的成本外，還有耗電的成本、更換燈的成本(在需要維修或更換之前, 大功率LED燈具有更長使用壽命)以及環境保護成本(大功率LED燈需要處理的廢棄包裝和燈具更少)。如果這幾項加起來，長期來看，使用壽命長、省電的大功率LED燈具有更大經濟效益。

此外，大功率LED的價格下降得非常快。據濤源介紹，大功率LED的價格一般是每流明5美分，現在是每流明4美分。預計當大功率LED燈的價格為其競爭的傳統燈的3～5倍時，大功率LED燈的使用量將有大飛躍，這個時間可能是一年后，或者是兩年后，關鍵要看它在亮度性能上的發展速度。

“大功率照明應用是最大的半導體市場，隨著LED的亮度不斷提高，LED將不斷開拓新的應用范圍。此外，為節省能源、保護環境，全球很多國家和地區都將取締耗電的老式白熾燈，例如歐洲從2010年開始將禁止使用白熾燈，這些都顯示了大功率LED照明應用的市場前景巨大。”吳秉彥表示。

濤源積極為推動大功率LED照明應用而布局，該公司首次以業務線的模式成立了照明業務團隊，并提供大功率LED照明應用所需的幾乎所有的器件和元件，包括Cree公司的大功率LED；IRC公司的散熱器；國際整流器公司(IR)、Fairchild、Linear、Micrel、NSC、安森美、ST、TI等公司的LED驅動器；Atmel、Freescale、恩智浦半導體公司(NXP)、TI公司的微控制器、Tyco的保護元件、Avago的RGB模快。濤源還為大功率LED照明應用提供技術增值服務。他們基于Freescale的8位微控制器MC9RS08KA2的設計方案，可為大功率LED照明提供穩定的電流源。這個設有封閉回路電流控制的電路，通過一系列不同的電流設定來實現一個設有光暗控制的小型LED光源，以示范采用MCU來驅動一個高光度大功率LED的好處。

基于Freescale的8位微控制器MC9RS08KA2 LED電流源電路。

上圖電路的演示板。