LED驅動器的類別及其照明散熱控制淺談

【摘要】隨著大功率LED 在燈光裝飾和照明中的普遍使用，大功率LED 驅動顯得越來越重要。在LED 照明領域，沒有好的驅動器相匹配，LED 照明的優勢將無法體現。文章著重闡述了LED 驅動器的主要類別以及散熱方面的內容。

　　一、LED 驅動器的主要類別

　?。ㄒ唬┲绷黩寗悠?/p>

　　根據其不同的作用和用途，又可以分為三種。

　?。?）直流降壓型驅動器。其基本原理是用開關器件配合電抗性器件對外界電源降壓限流以后再驅動發光管工作。串聯降壓型驅動器結構簡單，變換效率比較高。這種驅動器的主要缺點是一旦主開關器件損壞，大電流會直接通過發光管使發光管燒毀。顯而易見，這種方案當供電電壓低于負載管壓降時不能使用。

　?。?）直流升壓型驅動器。它的基本原理是用開關器件配合電抗性器件儲能升壓限流的方式工作的。升壓驅動器的變換效率也比較高。其較為顯著的優點是自身出現故障時不會損壞發光管。升壓型驅動器只能用在負載管壓降始終高于電源電壓的情況。在負載管壓降低于電源電壓的情況下，驅動器會失控，大電流直接經過發光管使發光管燒毀。輸入直流低電壓時所用的發光管數量少可以選用降壓驅動器也可以選用升壓驅動器，盡量串聯不并聯或者少并聯發光管。如果發光管數量多應該選用升壓驅動器，也是盡量串聯不并聯或少并聯發光管。

　?。?）變換器型驅動器。它是用開關器件配合高頻變壓器實現能量從初級到次級的傳輸，同時做電壓/電壓變換驅動發光二極管工作。這種驅動器輸出端的電壓不受輸入電壓的制約，可以按照所需要串聯的發光管數任意設計，應用靈活，適合用在供電電壓在負載管壓降附近波動的情況，也適合供電電壓和負載管壓降差別很大的情況。其缺點是電路復雜，變換效率比以上兩種類型的驅動器略低。如果輸入直流高電壓驅動小功率管可以用串聯降壓驅動器，驅動大功率管從安全角度考慮應該選用變換器結構的驅動器。

　?。ǘ┙涣黩寗悠?/p>

　　交流驅動器根據不同的應用也分為降壓型、升壓型、變換器型三種電路類型。交流驅動器和直流驅動器的區別除了需要對輸入的交流電做整流濾波之外，從安全角度考慮還存在一個隔離和不隔離的問題。

　　二、LED 照明設計的散熱考慮

　　二十五瓦以下的LED 照明系統的設計一般是用于臺燈、客廳射燈、家用餐燈、小夜燈等方面，即使這樣，大多數小于二十五瓦的低功率LED 照明應用也會要求一定程度的小型化。這常常導致更高的功率密度，盡管它的功耗不是很大。這種情況下，所需足夠的散熱管理措施必須通過改進機械結構來提供。

　　此外，高電氣效率也有助于降低功耗。而另一種防止LED 長時間工作過熱問題的思路是采用調光解決方案。事實上，在這個功率范圍內，LED 照明燈將會取代鹵素燈和緊湊型熒光燈。此外，為了擺脫散熱問題，必須去掉對溫度變化敏感的無源組件。

　　然而，目前大多數LED 驅動器解決方案都源于電源拓撲，并以此為基礎，故應該考慮到溫度范圍的限制，因為一般產品通?；谏虡I標準，但照明燈卻必須確保能夠適應嚴苛的環境。

　　三、LED 照明設計中的散熱控制方案

　　在迅速發展的LED 照明設計中，大多數人將注意力集中在高亮（HB）LED 的調光控制策略上。不過，HB LED 照明應用的本質要求我們將更多的注意力轉移到散熱控制上。雖然LED 制造商通過大幅提高每瓦的流明數正在降低HB LED 照明設計的技術障礙，但與光輸出相比，仍有更多的電能轉化為要散發出去的熱量。因此，需要一個散熱管理的總體戰略，以確保LED 散發的熱量可控制為一個溫度的函數。與白熾燈、鎢絲燈泡不同，高功率LED 不輻射熱量。與之相反，LED 將其PN 結的熱量傳導到LED 封裝的散熱金屬小塊上。由于LED 產生的熱量采用傳導方式散發，這些熱量需要一個更長、更昂貴的路徑才能完全散發到空氣中去。目前，HB LED 通用照明商業化的一個最大障礙就是散熱問題。因此，能否徹底有效地解決這個問題可以說是贏得客戶的關鍵。

　　電子控制電路必須能夠處理觸發點設置和增益設置。事實上LED 需要能夠應付三個潛在的散熱源：自發熱、環境溫度和LED 電子控制。使用可變電阻作為調光元件的方法對HB LED來說也是不切實際的，因為電阻上消耗的功率太大，而需要專用的繞線電阻。在電阻與LED 的位置很接近的情況下，該電阻產生的附加熱量將只會使散熱問題變得更加嚴重。導通元件也可以是晶體管，可見其功耗發生在晶體管，而不是可變電阻上。

　　這種方法通過生成對數響應、以及用于熱控制和亮度定義的負或正溫度系數熱敏電阻，提供了更多的靈活性。利用熱敏電阻的LED 散熱控制的最簡單實現方法采用了一個PTC 元件。PTC元件提高了隨溫度增長的標稱低電阻，一直到其觸發點。