LED照明發(fā)展的關(guān)鍵：散熱處理與安全設(shè)計(jì)

對目前常見的白熾燈泡或是熒光燈、省電燈泡來說，即便產(chǎn)品本身運(yùn)行可能產(chǎn)生熱能，但組件的高熱仍可以被有效隔離，使光源與電源接座不會因熱而產(chǎn)生意外的公安問題。但led固態(tài)照明就不同，一來LED組件集中單點(diǎn)的運(yùn)行高溫，必須采取更多積極手段進(jìn)行散熱處理，同時(shí)搭配主動有效的熱處理機(jī)制，才能避免燈具發(fā)生公安問題...

　　傳統(tǒng)光源或燈具多有運(yùn)行過程產(chǎn)生高熱的問題，例如鹵素?zé)襞莼虬谉霟襞荩羰前谉霟粜问?，即在特殊處理的燈球環(huán)境內(nèi)加熱鎢絲產(chǎn)生光亮。

　　實(shí)際上，高溫產(chǎn)生在燈絲上而非燈座，即便燈座會因燈球玻璃或是金屬受鎢絲發(fā)光的輻射熱、熱傳導(dǎo)間接產(chǎn)生高溫，但產(chǎn)生的溫度都在可接受的安全范圍，再加上非直接接觸傳導(dǎo)，安全性也相對較高。

　　LED固態(tài)光源 熱處理問題較傳統(tǒng)燈具復(fù)雜

　　但換成LED固態(tài)光源形式的燈具，其熱處理便可能成為新的應(yīng)用安全問題。多數(shù)人會認(rèn)為LED具高能源轉(zhuǎn)換效率、低驅(qū)動能源優(yōu)勢，自然使用安全性較高，但實(shí)際上LED固態(tài)光源為了達(dá)到日常照明的應(yīng)用目的，必須透過加大單組組件的功率去強(qiáng)化單元件的輸出流明，例如燈具廠會采取多LED組件整合形式加強(qiáng)輸出效果，且多組件同時(shí)運(yùn)行也能改善LED固態(tài)光源光型偏向點(diǎn)光源的問題，讓LED固態(tài)光源技術(shù)的燈具可產(chǎn)生如燈泡般的面光源效果。

　　在開發(fā)現(xiàn)場，欲強(qiáng)化單元件的輸出流明，必須施加更高的電流，以使LED芯片的PN接面產(chǎn)生更多流明，但更高電流也會讓單點(diǎn)LED組件的溫度升高、更難處理，甚至為了提高燈具的光型表現(xiàn)、發(fā)光效率而采取多組件并用形式，也會使LED燈具的高溫問題加劇，讓散熱問題更難處理。

　　綜觀目前LED燈具市場的發(fā)展趨勢，多數(shù)LED光源的模塊廠大多會先以利基市場產(chǎn)品為開發(fā)主力，因?yàn)楦邌蝺r(jià)、高利潤，也可以借由技術(shù)差異迅速打入發(fā)展技術(shù)較前衛(wèi)的LED光源市場，例如，針對室內(nèi)裝潢、情境燈具應(yīng)用的嵌燈、壁燈、吸頂燈就成為LED光源燈具較常見的設(shè)計(jì)形式，其替換傳統(tǒng)燈具后的省電效益亦最受相關(guān)業(yè)者關(guān)注。

　　基本上，LED光源燈具必須重點(diǎn)處理的熱管理設(shè)計(jì)，在可能于密閉或半密死循環(huán)境使用的嵌燈、壁燈、吸頂燈產(chǎn)品，形成更嚴(yán)苛的挑戰(zhàn)，燈具開發(fā)商必須從材料、產(chǎn)品構(gòu)型、主/被動散熱機(jī)制、驅(qū)動芯片設(shè)計(jì)等方面投入更多資源，以避免產(chǎn)品的公安問題肇生。

LED嵌入式燈具體積小，且常采多組件整合，模塊的散熱設(shè)計(jì)難度較高。

NTC持續(xù)監(jiān)控運(yùn)行溫度 維持LED燈使用安全

　　若LED燈具沒有搭配足夠的熱管理設(shè)計(jì)，在使用過程中可能會導(dǎo)致燈具因?yàn)榻?jīng)常性高熱運(yùn)行造成壽命銳減，產(chǎn)生必須頻繁更換故障LED燈具的困擾，嚴(yán)重者甚至可能釀成公安意外，因運(yùn)行高溫造成線路或是周邊裝潢著火燃燒！

　　在產(chǎn)品開發(fā)階段，可運(yùn)用智能型LED燈光控制技術(shù)，透過主動式的監(jiān)看LED燈具與整體光源模塊的溫度表現(xiàn)，簡化裝置的熱管理工作，同時(shí)當(dāng)燈具與環(huán)境周遭溫度上升至危險(xiǎn)區(qū)段時(shí)，燈具必須降低電功率、減少LED亮度輸出，以此提升LED固態(tài)光源燈具的使用安全性。

　　考慮較簡單的設(shè)計(jì)形式，若燈具本身所使用的驅(qū)動器功能較聚焦于電源轉(zhuǎn)換與LED組件驅(qū)動，并未內(nèi)嵌溫控微處理器與散熱處理模塊，為避免增加產(chǎn)品原料件的成本，LED燈具可整合NTC(Negative Temperature Coefficient)負(fù)溫度系數(shù)Thermistor Sensors電路，是成本效益相對較高的安全設(shè)計(jì)方案。

　　所謂NTC電路，其設(shè)置目的是藉由透過電子回路去監(jiān)看LED的模塊燈具溫度，透過默認(rèn)溫度警示或是對應(yīng)自動處理驅(qū)動狀況，采關(guān)閉LED固態(tài)光源模塊方式，來提升LED燈具的使用安全，同時(shí)NTC電路也能降低設(shè)計(jì)的復(fù)雜度。

　　由于NTC電路的溫度系數(shù)非常大，因此可以偵測得知微小的溫度變化表現(xiàn)，被廣泛應(yīng)用于需量測、控制與補(bǔ)償溫度的相關(guān)電路設(shè)計(jì)中，而NTC電路在LED光源模塊設(shè)計(jì)中，基本上為量測LED固態(tài)光源燈具的產(chǎn)品周邊溫度變化，至于量測狀況會隨著NTC改變的電壓現(xiàn)況，直接測得電壓和NTC電路的溫度對應(yīng)關(guān)系。

　　當(dāng)NTC和周邊電路或整個(gè)模塊溫度提升時(shí)，NTC監(jiān)控電路的電阻隨即降低，產(chǎn)品可依此相依關(guān)系進(jìn)行相關(guān)安全控制機(jī)制反饋，例如減少LED發(fā)光組件的驅(qū)動電流或是直接強(qiáng)制關(guān)閉燈具照明，在燈具溫度問題改善后自動回復(fù)照明狀態(tài)，藉此獲得燈具使用的安全性。

采SMD形式制作的NTC THERMISTOR組件。

監(jiān)看LED燈具溫度 亦可導(dǎo)入MCU微控制器達(dá)到智慧監(jiān)控

　　前述NTC電路的改善形式，若想達(dá)到更佳的保護(hù)設(shè)計(jì)，搭配MCU進(jìn)行更精密的安全設(shè)計(jì)也是一種相對務(wù)實(shí)的作法，在開發(fā)項(xiàng)目中，可將LED光源模塊的狀態(tài)區(qū)分為燈光是否正常開啟、燈光是否被關(guān)閉，搭配溫度警示與溫度量測的程序邏輯判斷，建構(gòu)更為完善的智慧燈具管理機(jī)制。

　　例如，若出現(xiàn)燈具溫度警示，經(jīng)溫度量測得知模塊溫度仍在可接受范圍，可維持正常途徑，透過散熱片自然散逸運(yùn)行溫度；而當(dāng)警示告知所測得溫度已達(dá)需執(zhí)行主動散熱機(jī)制的基準(zhǔn)，此時(shí)MCU必須控制散熱風(fēng)扇作動，甚至當(dāng)溫度達(dá)到危險(xiǎn)值，系統(tǒng)必須透過MCU直接關(guān)閉驅(qū)動器供應(yīng)電源，讓整體電子回路、LED組件暫時(shí)停止運(yùn)行，自然進(jìn)行散熱處理。

　　判斷燈具是否開啟或關(guān)閉，可用簡單的判斷位來做變化與了解產(chǎn)品目前使用狀態(tài)，比較關(guān)鍵的是溫度量測部分，所量測的溫度必須實(shí)時(shí)與系統(tǒng)的參照表進(jìn)行比對，以確認(rèn)目前模塊狀態(tài)的正?；虍惓３潭?，計(jì)算出溫度間距后，自動對應(yīng)進(jìn)行溫控管理。

　　同樣的，當(dāng)溫度進(jìn)入危險(xiǎn)區(qū)段時(shí)，控制機(jī)制應(yīng)隨即關(guān)閉燈源，同時(shí)在系統(tǒng)關(guān)閉后60秒或180秒后再次進(jìn)行溫度確認(rèn)，待LED固態(tài)光源模塊溫度達(dá)正常值，再重新驅(qū)動LED光源，繼續(xù)提供照明。

嵌入式燈具外殼采鋁擠型或散熱片設(shè)計(jì)，可發(fā)揮自體散熱作用。