大功率LED照明散熱的探討

隨著政府和民眾節(jié)能環(huán)保意識(shí)的提高，以及大功率LED技術(shù)的進(jìn)步，大功率LED正越來(lái)越多地用在通用照明應(yīng)用中，包括大功率LED景觀照明、大功率LED交通信號(hào)燈、大功率LED室內(nèi)裝飾燈、大功率LED礦燈、大功率LED航標(biāo)燈、汽車用大功率LED照明燈和室內(nèi)大功率LED裝飾燈等。這些大功率LED不僅已經(jīng)可以提供照明應(yīng)用所要求的亮度、使用壽命、色溫，還具有光源定向性、維護(hù)成本低(使用壽命長(zhǎng))、能量消耗少、環(huán)保、省電等優(yōu)異特性。

比如，全球有超過(guò)200億個(gè)采用白熾燈、鹵素?zé)?、熒光燈的照明裝置，這些照明裝置很多都被用來(lái)提供定向照明，但它們的光源是全方向性的，光使用效率比較低。以家用射燈為例，如果不帶反射罩，傳統(tǒng)射燈一般只有50％的光使用效率。大功率LED燈可以提供高效率的方向性照明，使用壽命可達(dá)50,000個(gè)小時(shí)。

但是，大功率LED散熱問(wèn)題和相對(duì)較高的成本目前仍是阻礙大功率LED照明應(yīng)用迅速普及的兩大難題。LED的每瓦流明已取得了很大改進(jìn)，但大功率LED的大多數(shù)電能均被轉(zhuǎn)化為傳導(dǎo)熱。此外，對(duì)于一般照明，將需要數(shù)個(gè)或者大量的LED放在一個(gè)模組中以達(dá)到所需的亮度。多個(gè)LED集中在有限的空間中，將造成散熱困難，LED模塊溫度升高，導(dǎo)致LED的壽命降低，并加速LED的光衰、影響LED驅(qū)動(dòng)器等元件的效率和可靠性（一般元件的工作溫度需控制在80°C以下）。溫度升高，還使LED輸出的光波長(zhǎng)發(fā)生變化，改變顏色特征，有可能影響汽車照明。

“解決散熱問(wèn)題有幾個(gè)方案可選擇，包括選擇高質(zhì)量的解決方案；進(jìn)行熱量控制，當(dāng)溫度升高時(shí)減少電流，以降低功耗；選擇進(jìn)行合理的熱設(shè)計(jì)，等等?！?具有12年LED業(yè)務(wù)經(jīng)驗(yàn)大功率LED照明產(chǎn)品開發(fā)總監(jiān)指出，“比如，Cree公司的產(chǎn)品。在Lumileds、Cree和Nichia三大大功率LED廠商中，Cree公司的產(chǎn)品在亮度和效率方面具有顯著優(yōu)勢(shì)。Cree的最新產(chǎn)品僅需1W功率就能提供100流明的亮度，在同等亮度下消耗的功率更少，而其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)還有利于散熱?！?/P>

Cree公司的XLamp LED能在50,000小時(shí)內(nèi)保持自己原有光通量的百分之七十,遠(yuǎn)大于普通室外發(fā)光設(shè)備的使用時(shí)間。?此外，XLamp XR-E XR-E LED的CRI(顯色指數(shù))能夠達(dá)到80，而鈉發(fā)光設(shè)備只能達(dá)到20或者更低。XLamp XR-E發(fā)光二極管提供標(biāo)準(zhǔn)的等級(jí)代碼，在350毫安下每二極管可達(dá)到100流明的光度，配合其較高的高度輸出,它只需用少于80個(gè)的XR-E發(fā)光二極管便能達(dá)到一般街燈照明的要求。

針對(duì)消費(fèi)者普遍認(rèn)為的大功率LED成本相對(duì)高的問(wèn)題，吳秉彥也有不同的看法：“在亮度相同的情況下，目前大功率LED射燈的價(jià)格是傳統(tǒng)射燈的10倍左右，但這并不是大功率LED照明成本的完整寫照。事實(shí)上，很多人只看到了大功率LED燈的本身成本，而沒(méi)有考慮整體使用成本?！?/P>

他解釋說(shuō)，使用成本除了單個(gè)燈具的成本外，還有耗電的成本、更換燈的成本(在需要維修或更換之前, 大功率LED燈具有更長(zhǎng)使用壽命)以及環(huán)境保護(hù)成本(大功率LED燈需要處理的廢棄包裝和燈具更少)。如果這幾項(xiàng)加起來(lái)，長(zhǎng)期來(lái)看，使用壽命長(zhǎng)、省電的大功率LED燈具有更大經(jīng)濟(jì)效益。

此外，大功率LED的價(jià)格下降得非?？臁?jù)濤源介紹，大功率LED的價(jià)格一般是每流明5美分，現(xiàn)在是每流明4美分。預(yù)計(jì)當(dāng)大功率LED燈的價(jià)格為其競(jìng)爭(zhēng)的傳統(tǒng)燈的3～5倍時(shí)，大功率LED燈的使用量將有大飛躍，這個(gè)時(shí)間可能是一年后，或者是兩年后，關(guān)鍵要看它在亮度性能上的發(fā)展速度。

“大功率照明應(yīng)用是最大的半導(dǎo)體市場(chǎng)，隨著LED的亮度不斷提高，LED將不斷開拓新的應(yīng)用范圍。此外，為節(jié)省能源、保護(hù)環(huán)境，全球很多國(guó)家和地區(qū)都將取締耗電的老式白熾燈，例如歐洲從2010年開始將禁止使用白熾燈，這些都顯示了大功率LED照明應(yīng)用的市場(chǎng)前景巨大?！眳潜鼜┍硎?。

濤源積極為推動(dòng)大功率LED照明應(yīng)用而布局，該公司首次以業(yè)務(wù)線的模式成立了照明業(yè)務(wù)團(tuán)隊(duì)，并提供大功率LED照明應(yīng)用所需的幾乎所有的器件和元件，包括Cree公司的大功率LED；IRC公司的散熱器；國(guó)際整流器公司(IR)、Fairchild、Linear、Micrel、NSC、安森美、ST、TI等公司的LED驅(qū)動(dòng)器；Atmel、Freescale、恩智浦半導(dǎo)體公司(NXP)、TI公司的微控制器、Tyco的保護(hù)元件、Avago的RGB?？?。濤源還為大功率LED照明應(yīng)用提供技術(shù)增值服務(wù)。他們基于Freescale的8位微控制器MC9RS08KA2的設(shè)計(jì)方案，可為大功率LED照明提供穩(wěn)定的電流源。這個(gè)設(shè)有封閉回路電流控制的電路，通過(guò)一系列不同的電流設(shè)定來(lái)實(shí)現(xiàn)一個(gè)設(shè)有光暗控制的小型LED光源，以示范采用MCU來(lái)驅(qū)動(dòng)一個(gè)高光度大功率LED的好處。

基于Freescale的8位微控制器MC9RS08KA2 LED電流源電路。