如何降低大功率LED灯的温度？

  环境问题已成为各国经济发展的重中之重，因此节能节能的LED照明已成为照明行业的“新宠”。由于LED珠发光效率高，制造成本低，应用前景广阔，市场广阔。然而，大功率LED的散热问题限制了LED照明行业的发展，散热问题无法解决，这将提高LED灯的温度，降低其发光效率和使用寿命。本文从灯具和驱动器的设计两个方面提出了降低大功率LED灯温度升高和温度控制的方法和技术，有效地降低和限制了大功率LED灯的温度升高。

灯具温升系统

1降低温升

目前LED灯的散热方式主要包括自然对流散热、风扇强制散热、热管和回路热管散热等。

1.1电源与灯体分离

由于电源本身产生一定的热量，LED灯上的热源增加。同时，电源和灯的集成设计使LED灯的整体加热不均匀，这些因素会导致灯的疲劳和早期故障，并影响其使用寿命。图1显示了LED灯温度随工作时间的变化曲线，T1显示了电源的温度，T2显示了远离电源的温度，T3显示了灯体的中心温度。从图中可以看出，随着工作时间的增加，图1(a)T1远大于T2和T3;图1(b)T1和T2曲线重叠，T3略大于T1和T2。可见，电源分离后，整个灯的温度分布非常均匀。

1.2选择高质量LED模块

LED模块的选择在降低温升方面也起着关键作用。选择导热系数高、一致的LED灯珠，可提高内部热扩散性。采用高导热性、高散热性的金属基板作为灯芯板，使散热器温度分布均匀，最大限度地发挥散热作用。

1.3增加散热面积

铝基板与散热器的交界处容易有缝隙，而空气的导热系数很小，只有0.03W/左右m·K，因此，可以在接触面涂上导热性高的胶状导热硅脂，以增加实际接触面积。同时，增加散热器的散热面积，变形散热器的结构，方便散热。

2温度控制系统

当LED灯以额定功率工作产生的热量超过其散热能力时，本文还采用温度控制技术来限制温升。高温时，温度控制系统开始工作，适当减少驱动器输出，达到限制和降低温升的目的；当温度降低时，恢复原工作状态。选择以下两种方法来驱动LED灯。

2.1恒流驱动

该方案通过控制驱动器的输出电流来控制LED灯的温度。图2为恒流驱动器驱动LED灯框图。驱动器输出到LED模块。LED模块产生的热量通过良好的导热材料传递到灯芯板，最后通过散热器散热到大气中。当外部散热环境恶劣时，LED模块的温度将达到温度控制系统设定的温度。获得反馈信息后，驱动器减少输出，以限制和降低LED模块的温度。图3为恒流电源给LED灯供电控制原理图。电源指标为:220VAC输入，电流1.21.7A可调，电压自适应(36～39V)。图3左侧细虚线框为控制电路，W1为可调电阻；NTC为负温度系数热敏电阻；KT为常开温度继电器，闭合温度为56℃，自动断开温度为45℃;Rx是匹配电阻。图3右侧粗虚线框中部为LED模块部分。在LED模块上安装温度继电器和热敏电阻，并与模块紧密接触，以便将LED的温度信息反馈给控制电路。KT在常温下处于断开状态，此时控制电路中只有W1起控制作用，常温工作总电流恒定为1.60A。当继电器温度升至56℃时，KT自动关闭，整个控制电路开始工作，以减少恒流电源的输出；当温度降至45℃时，KT自动断开，电源额定输出。该过程可以用图4表示，图中R为KT的温度，Rntc为NTC的阻值。

控制电路电阻值与输出总电流之间的关系列在表1中，R是控制电路的等效电阻。在恒温箱中测试后，每22次°记录一组数据，得到NTC热敏电阻的温度一阻值曲线，如图5所示。

在该方案中，驱动电源通过接收反馈的温度信息来控制输出电流。根据图5中NTC温度与电阻值的关系，只要找到输出电流与总电阻值的变化关系（如图6所示），然后进行适当的电阻匹配，就可以找到温度与驱动器输出电流之间的关系。

结合表1，常温工作时，总阻值为5.7kll，可将图3中的W1设置为5.7kQ，LED灯珠温度r≥56℃时，因K。关闭时，恒流电源输出减小，此时控制网络总电阻为3kll，经计算，Rx值为3.6kQ。

2.2恒压驱动

该方案通过控制驱动器的输出电压来控制LED灯。整体框架类似于恒流驱动。不同的是，该方案采用恒压驱动器，温度控制系统电路不同。

图7是恒压驱动器温度控制的连接图。Trim端用于调节电源输出。左点线虚线框中部为控制电路，PTC为正温度系数温敏电阻；R1、R2、Rx为普通电阻，与PTC温敏电阻相匹配，调节驱动器输出电压；KT为常闭温度继电器，断开温度为60℃，自动闭合温度为48%。右侧虚线框中部为LED模块。KT和PTC安装在LED模块上，并与模块紧密接触。常温下K。关闭时，控制电路中驱动器的额定输出，LED模块的常温工作总额定电压为24V。当继电器温度升至60℃时，K.

自动断开，整个控制电路工作，从而减少恒压电源的输出，当温度降至48时，°C时，温度继电器自动关闭，使电源正常输出。测试后，得到驱动V。端子与Trim端子之间连接的总电阻值尺与驱动器输出电压U之间的关系见表2。可以看出，随着电阻的增加，输出电压呈下降趋势。当温度达到60℃时，图7控制电路中的温度继电器K。断开时，只要电阻匹配得当，我们就可以得到设定的输出电压。每个电阻值的计算方法都是一样的，这里没有具体的计算。

试制驱动器测试结果

本研究开发了大功率LED路灯、LED投影灯和驱动器。图8显示了LED路灯样灯及其恒流驱动器。灯体采用一体化设计，测量常温输入驱动器的交流电流为270ma，灯长时间运行良好，总光通量为3408lm。在温度控制作用下，输出电流降低到常温的87%。图9显示了LED投影灯样灯及其恒压驱动器。常温下输入驱动器的交流电流为140ma，总光通量为1011lm。在温度控制作用下，电压降低到常温的90%。

在LED照明过程中，恒压驱动器为LED灯提供恒压，当温度升高时，LED灯PN结电压V将为-2mV/°C速度下降，流经LED灯的电流迅速增加，影响其使用寿命；恒流驱动器的使用避免了这种现象。因此，一般建议使用恒流驱动器驱动LED灯。

4结语

本文的上述方案有效地降低了大功率LED灯的温度升高。一旦温度升高超过设定的控制温度，驱动器就会减少输出。在不影响使用的情况下，适当降低LED灯的光通量和功耗，避免因过热而导致LED灯光衰减和使用寿命缩短。温度控制方案在研究过程中表现出许多优点。我相信它将在不久的将来得到大规模的实际应用，LED照明也将得到更大程度的改进。