每种照明设备均存在光源使用寿命问题,经常遭遇的状况有类似白炽灯泡的钨丝突然烧断,或因长时间使用而使得光源材料因逐渐老化以致变暗而故障,LED亦因组件的接面温度而出现老化现象。所有的照明设备在提供稳定亮度条件下,于一定使用年限后,亮度势必会逐渐低于有效亮度之下。在不同的照明应用装置中,皆有使用寿命时间限制。举例来说,当使用在路灯装置的亮度已衰减至原先50%时,即代表使用年限,但使用在医生内视镜的光源装置可能亮度尚未衰减那么多。

藉热能管理/LED驱动IC管理亮度损耗

LED使用寿命的终点代表其照明亮度已低于可用的水平以下,而LED使用寿命的长短与温度的关联性非常高(图1)。若以图1中的曲线为设计参考,要设计出一款通用型的照明设备,且使用寿命至少50,000小时后还能有最初50%的亮度,则接面温度必须控制在100℃之下。在不使用主动冷却的前提下,将是极为艰巨的任务。另外,由于LED无法使用辐射散热的问题,此将使得散热弊病更雪上加霜。传统白炽灯泡可经由辐射方式分散出大量的红外线热能,而LED则须考虑如何解决散热问题。此外,在使用过程中,若接面温度瞬间超过制造商所限制的温度范围,就会对发光组件的寿命造成剧烈的永久伤害。

基于LED驱动器的主动式热能管理设计

图1 LED照明的温度效应

若LED须进行降级才能处理严峻的接面温度,则当在设计照明系统或核心组件时,就必须认真思考两件重要事项,分别为热能管理与对LED驱动器的了解。不仅仅在通用性的照明应用中须考虑到此两个因素,在其他应用中也须要被考虑。最简易的解决方案就是采用被动热能管理方式,经由散热片搭配足够的气流能带走废热气。Nuventix研发一种主动式冷却装置,此装置并没有采用任何的风扇组件,而是利用高速的空气喷射器产生气流,其作业原理就像是一名单车骑士单手抓着大卡车的后面,藉由卡车快速前进而快速驰骋,Nuventix所设计的冷却器就是利用类似的原理,提供高效率的冷却方式。此技术已被应用在MR16、PAR20、PAR25等标准照明设备中。

解决方案中,另一个重要的课题就是利用LED驱动器的主动式热能管理方式。传统上,LED驱动器有固定的电流源,主要用来监视并控制流入一组或多组LED的电流量。通常来说,此足以驱动LED,并能在改变输入电压过程中保持相同的亮度大小。然随着亮度与架构的改良,LED已能提供更高的亮度光源,且逐渐进化成具备热能控制需求的完整光源引擎核心组件。

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