如何選擇高亮度LED并使其正常運(yùn)作

如果LED這么有效率，為什么我們還需要對(duì)LED進(jìn)行溫度控制和監(jiān)控？LED運(yùn)作時(shí)的溫度沒(méi)有低于白熾燈的光源嗎？事實(shí)證明，LED雖然比鎢絲燈泡具備更好的效率，但是仍然產(chǎn)生了大量的熱能。白熾燈泡產(chǎn)生的熱能主要可以透過(guò)紅外線(xiàn)輻射方式進(jìn)行散熱，但是，LED在半導(dǎo)體二極管的結(jié)構(gòu)中除了產(chǎn)生熱能外，也會(huì)產(chǎn)生光子。這種熱能不屬于輻射光譜，必須透過(guò)傳導(dǎo)和對(duì)流的方式才能排除。

如果LED在比較熱的條件下運(yùn)作，會(huì)出現(xiàn)一些問(wèn)題。LED的亮度會(huì)隨著溫度的上升而明顯變暗。另外，LED的顏色也會(huì)隨著溫度的變化而改變，如此可能會(huì)在需要保持顏色一致的應(yīng)用上產(chǎn)生問(wèn)題，例如由RGB產(chǎn)生的白光。在設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)器電路時(shí)，應(yīng)該要考慮到LED順向電壓會(huì)因?yàn)闇囟雀淖兌a(chǎn)生變化這類(lèi)型的電子特性，如果LED以并聯(lián)配置共享電流，則LED順向電壓的變化可能也是一個(gè)問(wèn)題。長(zhǎng)期暴露在高接面溫度的環(huán)境下，將加速LED的老化現(xiàn)象，并降低其使用壽命和可靠性。因此，在設(shè)計(jì)系統(tǒng)時(shí)，必須使其在LED的溫度規(guī)格范圍之內(nèi)運(yùn)作。這通常可使用散熱器來(lái)達(dá)到目的，例如在印刷電路板上采用較大的銅質(zhì)區(qū)域、附加散熱器，或使用加強(qiáng)耐熱型/金屬印刷電路板(PCB)來(lái)裝載LED；此外，也可以使用強(qiáng)制氣流。

不過(guò)，對(duì)于不正常的氣候變化所產(chǎn)生的高熱或是散熱裝置失效等意外狀況，可以實(shí)行一套故障安全機(jī)制應(yīng)對(duì)。大部分的降壓拓樸LED驅(qū)動(dòng)器都具有熱關(guān)閉功能，因此若驅(qū)動(dòng)器超出指定的溫度（通常是125到150℃），則會(huì)關(guān)閉驅(qū)動(dòng)器與LED。升壓拓樸驅(qū)動(dòng)器將會(huì)保護(hù)其本身，而不會(huì)在關(guān)閉時(shí)加載，因此需要針對(duì)LED使用撬桿電路或其他保護(hù)裝置。在任一種情況下，LED的溫度可能會(huì)高于驅(qū)動(dòng)器的溫度，因此LED本身需要自己的溫度傳感器和監(jiān)控電路的故障安全保護(hù)裝置。這種溫度傳感器可以減少或關(guān)閉LED的電流、開(kāi)啟冷卻風(fēng)扇，并且可以對(duì)使用者或維修人員提供告警機(jī)制。LED的溫度傳感器類(lèi)型

一般來(lái)說(shuō)，溫度傳感器的準(zhǔn)確性必須提供足夠的彈性，以便能夠偵測(cè)到溫度過(guò)熱的問(wèn)題，同時(shí)又不會(huì)在正常操作溫度下觸發(fā)故障警示。舉例而言，如果系統(tǒng)的一般操作溫度為80℃，而其需要偵測(cè)不超過(guò)100℃的故障條件，則若使用 +/- 2℃ 準(zhǔn)確度的溫度傳感器系統(tǒng)時(shí)，可將其允許值設(shè)定為98℃即可，但若使用 +/-10℃ 準(zhǔn)確度的溫度傳感器系統(tǒng)，則將其允許值設(shè)定為90℃已是最低值。

適用LED的離散式溫度傳感器，包括會(huì)隨溫度變化而改變電阻值的熱敏電阻。熱敏電阻的價(jià)格便宜，且具有較高的敏感度，但為非線(xiàn)性，因此需要進(jìn)行初始校準(zhǔn)。熱敏電阻適用于運(yùn)作溫度范圍為50℃到150℃的系統(tǒng)。

另一種選擇是使用熱電偶。傳感器的電壓會(huì)隨溫度變化而改變，同時(shí)會(huì)產(chǎn)生電流，因此不需要使用獨(dú)立的電源供應(yīng)。它們的敏感度低于熱電偶，但已足夠LED使用。其提供的溫度范圍已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出LED所需，目前已廣泛應(yīng)用于其他應(yīng)用中。相對(duì)于熱敏電阻，其成本較高。這兩種傳感器都需要使用一些模擬電路，這些模擬電路可能是與微控制器介接，以便修正溫度變化產(chǎn)生的問(wèn)題，或是經(jīng)由關(guān)閉或調(diào)光接腳直接與LED驅(qū)動(dòng)器相連。

硅材溫度傳感器的溫度范圍可從-50℃到150℃，也可用于LED應(yīng)用中。這些較便宜的傳感器提供了各種應(yīng)用選項(xiàng)，其范圍涵蓋與溫度成正比的模擬電壓輸出、含磁滯的溫度觸發(fā)開(kāi)/關(guān)輸出、風(fēng)扇控制，以及數(shù)字接口如與微控制器連接的I2C和SPI∕微傳線(xiàn)接口。

溫度傳感器應(yīng)用范例

圖2所示為簡(jiǎn)單的溫度傳感器電路，該電路介接LM3404HV降壓LED驅(qū)動(dòng)器以及LM26LV溫度傳感器。溫度傳感器應(yīng)盡可能放置在靠近LED的位置。在此電路中，當(dāng)溫度低于指定值時(shí)，LM26LV 的 OVERTEMP 接腳通常會(huì)處于高位，但當(dāng)溫度上升時(shí)，該接腳就會(huì)進(jìn)入低位，從而經(jīng)由 DIM 接腳關(guān)閉 LM3404HV。當(dāng)溫度回到低于指定值（傳感器具有磁滯功能）5℃ 時(shí)，OVERTEMP 接腳會(huì)進(jìn)入高位，同時(shí)會(huì)再次啟動(dòng) LM3404HV。

因此，我們知道可以使用簡(jiǎn)單的溫度傳感器來(lái)監(jiān)控并修正LED應(yīng)用中溫度過(guò)熱的情形。在較復(fù)雜的系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，可依比例減少LED的電流，而不用在LED的溫度高于臨界值時(shí)關(guān)閉它們。或者可以在LED溫度超過(guò)規(guī)格時(shí)開(kāi)啟風(fēng)扇（并增加 RPM）。無(wú)論如何，這些溫度感測(cè)系統(tǒng)都不能取代對(duì)LED進(jìn)行良好的散熱設(shè)計(jì)的必要性，但可以將它們視為故障安全關(guān)閉機(jī)制使用，以便在一般溫度控制失效時(shí)，提高LED的使用壽命和可靠性。