LED熱控制技術(shù)中散熱器的選擇

　　LED調(diào)光時，折返圖形會有不同。由于標稱LED電流水平（ILED-NOM）被降低為調(diào)光電流水平（ILED-DIM），可對折返圖加以修正以與新的溫度斷點（TBK-DIM）相適應(yīng)。這擴大了LED使用的溫度范圍，如圖3所示。可根據(jù)不同器件，分步或連續(xù)完成。

　　另外一個變體是額外的最小LED電流（ILED-MIN）鉗制，用來防止LED電流為零，同見圖3。有許多應(yīng)用中，終端用戶出于安全原因，不想要成套的熱折返。而使用這個特性，最小需求電流鉗制可以允許系統(tǒng)不受安全運行范圍約束。然而，就這一點而言，用戶情愿以縮短使用壽命為代價來換取短期功能。

　　路燈舉例

　　一個標準的路燈暴露于苛刻的環(huán)境條件中，且在整個使用壽命期間，由于各種原因，機械散熱器的性能可能會降低。這種性能的降低極大地增加了總熱阻θJA，而且最終將導致更高的LED結(jié)點溫度從而縮減使用壽命。為滿足市政設(shè)施關(guān)于使用壽命的要求，在路燈中熱折返幾乎總是必要的。

　　圖5所示為一個100W的路燈應(yīng)用。前端交流-直流轉(zhuǎn)換器獲得一個120V交流電輸入，然后將其轉(zhuǎn)換為35V直流輸入。第二階段是一個LM3409恒流降壓型LED驅(qū)動器，負載為6串并聯(lián)，其中每串串聯(lián)8只LED;每串驅(qū)動電流為700mA。

　　LM3409用簡單的磁滯控制方法調(diào)節(jié)電流。在主開關(guān)（Q1）接通期間，電感器電流斜升至由IADJ引腳設(shè)置的峰值電流閾值。一旦達到該閾值，Q1關(guān)斷并且電感器電流斜降，直到程控關(guān)斷計時器停止。關(guān)斷計時器的程控是通過來自輸出電壓的RC實施的。這使得計時器與輸出電壓成正比，結(jié)果導致電感器電流紋波和隨后的原本恒定的LED電流紋波超越運行范圍。

在IADJ上降低電壓（從1.24V降至0V），平均LED電流的持續(xù)模擬調(diào)光能夠很容易實施。假如IADJ的電壓達到或高于1.24V，那么應(yīng)調(diào)整LED的最大標稱電流。當IADJ引腳電壓降至1.24V時，電流開始調(diào)光，對執(zhí)行熱折返提供了一個極好的方法。

　　該應(yīng)用中的熱折返電路比以前描述的更加基本化，僅利用一個IADJ附加的NTC熱敏電阻。NTC熱敏電阻的阻值將高于250kΩ（IADJ大于1.24V），直到溫度達到要求的斷點。然后作為NTC的一個功能，電阻降低，同時分別降低了IADJ的電壓和LED電流。

　　應(yīng)該注意的是NTC從電阻到溫度的轉(zhuǎn)換功能是非線性的。這種非線性延長了出現(xiàn)真正零電流的邊界點溫度（TEND）。在路燈應(yīng)用中，熱折返的線性不屬于最高等級。事實上路燈的壽命結(jié)束時間通常規(guī)定為其亮度降至初始亮度的70%時；因此，精確的熱折返圖對于路燈設(shè)計人員來講根本沒有意義。也就是說，如果需要的話，一個精密的溫度傳感器就能很容易地用于更為線性的熱折返圖繪制。

　　手電筒舉例

　　圖6所示為一個使用LM3424的較復雜的熱折返器件。這個應(yīng)用是一個由LM3424組成的15W調(diào)光軍用手電筒，該LM3424控制6個串聯(lián)LED，驅(qū)動電流為700mA，電池電壓為9V。因為在調(diào)光時，串電壓發(fā)生變化，從24V到低于9V，所以多重拓撲結(jié)構(gòu)LM3424用作一個降壓-升壓控制器。需進行LED模擬調(diào)光以對其簡潔性、大小和成本進行評估。

　　LM3424用傳統(tǒng)的誤差信號放大器調(diào)節(jié)閉合環(huán)路中的輸出電流。在LED組件頂端對LED平均電流區(qū)別檢測。主開關(guān)（Q1）的占空比動態(tài)上得以改變，以確保可隨時進行調(diào)整。

　　LM3424具有一個集成在芯片上的完全可編程熱折返電路。折返斷點由電阻分壓器按照TREF進行設(shè)置，內(nèi)部基準電壓3V（VS）。溫度傳感是使用傳感器或NTC分壓器在TSENSE的情況下實施的。當TSENSE電壓降低至預定TREF電壓時，電路開始根據(jù)圖7所示對LED進行調(diào)光。熱折返的斜率可由安裝在TGAIN到GND之間的電阻（RGAIN）設(shè)定。假如使用一個精密的溫度傳感器，例如LM94022，可以獲得一個高級的線性圖。

　　可以加裝基準電壓VS外置齊納管鉗制裝置以設(shè)定最小所需電流，如圖3所示。在將給定溫度值的特定LED的亮度輸出最大化的同時，這個高度可控熱折返也使手電筒使用壽命最大化。

　　手電筒應(yīng)用中另一個有用的特征是調(diào)光與熱折返的組合。由于二者都使用熱折返電路，因此可以通過幾種方式進行組合。NTC分壓器直接連接至TSENSE，而調(diào)光分壓器則與二極管連接。如圖6所示。這種連接保證了TBK隨調(diào)光等級而移動，所以使得任意調(diào)光等級的有效溫度范圍達到最大。

　 散熱器對比

　　最后，在手電筒應(yīng)用中將使用和不使用熱折返做一個比對。在手電筒應(yīng)用中，這些LED靠得非常近形成一個LED。假定，θSH和θJS小于θHA，計算可簡單化為：

　　無熱折返，輸出功率要提高5%以隨時調(diào)整偏離值。同時，溫度差降低，占最差情況下環(huán)境溫度的25%，還要考慮有益的SOA裕量。因此，θHA的值將比使用熱折返的應(yīng)用小70%。這就是說，散熱器尺寸大小與成本要增加30%。在LED應(yīng)用中，散熱器為最大成本之一，在手電筒應(yīng)用中使用熱折返是非常有價值的。

　 結(jié)論

　　LED技術(shù)的優(yōu)勢在于使用壽命長，可靠性高和性能優(yōu)于其他照明技術(shù)，而這些優(yōu)勢的實現(xiàn)需要熱控制技術(shù)的支持，所以要確保這項技術(shù)得以順利發(fā)展而不會受到意外情況的阻礙。