【分享】LED照明问题心得分享

    led被称为第四代照明光源或绿色光源，具有节能、环保、寿命长、体积小等特点，可以广泛应用于各种指示、显示、装饰、背光源、普通照明和城市夜景等领域。近年来，世界上一些经济发达国家围绕LED的研制展开了激烈的技术竞赛。其中LED散热一直是一个亟待解决的问题！假如LED芯片结温为25度时的发光为100%，那么结温上升至60度时，其发光量就只有90%；结温为100度时就下降到80%；140度就只有70%。可见改善散热，控制结温是十分重要的事。

　　对目前常见的白炽灯泡或是荧光灯来说，即便产品本身运行可能产生热能，但组件的高热仍可以被有效隔离，使光源与电源接座不会因热而产生意外的问题。但固态照明就不同，一来LED组件集中单点的运行高温，必须采取更多积极手段进行散热处理，同时搭配主动有效的热处理机制，才能避免灯具发生问题。LED固态光源热处理问题较传统灯具复杂得多。

　　传统光源或灯具多有运行过程产生高热的问题，例如卤素灯泡或白炽灯泡，若是白炽灯形式，即在特殊处理的灯球内加热钨丝产生光亮。

　　实际上，高温产生在灯丝上而非灯座，即便灯座会因灯球玻璃或是金属受钨丝发光的辐射热、热传导间接产生高温，但产生的温度都在可接受的安全范围，再加上非直接接触传导，安全性也相对较高。

　　但换成LED固态光源形式的灯具，其热处理便可能成为新的应用安全问题。多数人会认为LED具高能源转换效率、低驱动能源优势，自然使用安全性较高，但实际上LED固态光源为了达到日常照明的应用目的，必须透过加大单组组件的功率去强化单元件的输出流明，例如灯具厂会采取多LED组件整合形式加强输出效果，且多组件同时运行也能改善LED固态光源光型偏向点光源的问题，让LED固态光源技术的灯具可产生如灯泡般的面光源效果。

　　如果要强化单元件的输出流明，必须更高的电流，以使LED芯片的PN接面产生更多流明，但更高电流也会让单点LED组件的温度升高、更难处理，甚至为了提高灯具的光型表现、发光效率而采取多组件并用形式，也会使LED灯具的高温问题加剧，让散热问题更难处理。

　　综观目前LED灯具市场的发展趋势，多数LED光源厂商大多会先以市场为主导，因为高单价、高利润，也可以借由技术差异迅速打入发展技术较前卫的LED光源市场，例如，针对室内装潢、情境灯具应用的嵌灯、壁灯、吸顶灯就成为LED光源灯具较常见的设计形式，其替换传统灯具后的省电效益亦最受相关业者关注。

　　LED光源灯具必须重点处理的热管理设计，在可能于密闭或半密死循使用的嵌灯、壁灯、吸顶灯产品，形成更严苛的挑战，灯具开发商必须从材料、产品构型、主/被动散热机制、驱动芯片设计等方面投入更多资源，以避免产品的问题肇生。特别是LED嵌入式灯具体积小，且常采多组件整合，模块的散热设计难度较高。嵌入式灯具外壳采铝挤型或散热片设计，可发挥自体散热作用。但这还远远不够。

　　LED热管理：NTC持续运行温度维持LED灯使用安全

　　若LED灯具没有搭配足够的热管理设计，在使用过程中可能会导致灯具因为经常性高热运行造成寿命锐减，产生必须频繁更换故障LED灯具的困扰，严重者甚至可能酿成意外，因运行高温造成线或是周边装潢着火燃烧！

　　在产品开发阶段，可运用智能型LED灯光控制技术，透过主动式的监看LED灯具与整体光源模块的温度表现，简化装置的热管理工作，同时当灯具与周遭温度上升至区段时，灯具必须降低电功率、减少LED亮度输出，以此提升LED固态光源灯具的使用安全性。

　　像LED吸顶灯外壳考虑较简单的设计形式，若灯具本身所使用的驱动器功能较聚焦于电源转换与LED组件驱动，并未内嵌温控微处理器与散热处理模块，为避免增加产品原料件的成本，LED灯具可整合NTC(NegativeTemperatureCoeffient)负温度系数ThermistorSensors电，是成本效益相对较高的安全设计方案。

　　所谓NTC电，其设置目的是藉由透过电子回去监看LED的模块灯具温度，透过默认温度警示或是对应自动处理驱动状况，采关闭LED固态光源模块方式，来提升LED灯具的使用安全，同时NTC电也能降低设计的复杂度。

　　由于NTC电的温度系数非常大，因此可以侦测得知微小的温度变化表现，被广泛应用于需量测、控制与补偿温度的相关电设计中，而NTC电在LED光源模块设计中，基本上为量测LED固态光源灯具的产品周边温度变化，至于量测状况会随着NTC改变的电压现况，直接测得电压和NTC电的温度对应关系。

　　当NTC和周边电或整个模块温度提升时，NTC电的电阻随即降低，产品可依此相依关系进行相关安全控制机制反馈，例如减少LED发光组件的驱动电流或是直接强制关闭灯具照明，在灯具温度问题改善后自动回复照明状态，藉此获得灯具使用的安全性。

　　监控LED灯具温度亦可导入微控制器  采SMD形式制作的NTCTHERMISTOR组件

　　前述NTC电的改善形式，若想达到更佳的设计，搭配MCU进行更精密的安全设计也是一种相对务实的作法，在开发项目中，可将LED光源模块的状态区分为灯光是否正常、灯光是否被关闭，搭配温度警示与温度量测的程序逻辑判断，建构更为完善的智慧灯具管理机制。

　　例如，若出现灯具温度警示，经温度量测得知模块温度仍在可接受范围，可维持正常途径，透过散热片自然散逸运行温度；而当警示告知所测得温度已达需执行主动散热机制的基准，此时MCU必须控制散热风扇作动，甚至当温度达到值，系统必须透过MCU直接关闭驱动器供应电源，LED组件暂时停止运行，自然进行散热处理。

　　判断灯具是否使用或关闭，可用简单的判断位来做变化与了解产品目前使用状态，比较关键的是温度量测部分，所量测的温度必须实时与系统的参照表进行比对，以确认目前模块状态的正常或异常程度，计算出温度间距后，自动对应进行温控管理。

　　同样的，当温度进入区段时，控制机制应随即关闭灯源，同时在系统关闭后60秒或180秒后再次进行温度确认，待LED固态光源模块温度达正常值，再重新驱动LED光源，继续提供照明。