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关于大功率LED照明系统散热问题的解决方案

导读: 对于大功率LED而言,散热问题已经成为制约其发展的一个瓶颈问题。而半导体制冷技术具有体积小、无须添加制冷剂、结构简单、无噪声和稳定可靠等优点,随着半导体材料技术的进步,以及高热电转换材料的发现,利用半导体制冷技术来解决LED照明系统的散热问题,将具有很现实的意义。

  OFweek电源网:以单片机AT89C51为控制核心,将半导体制冷技术引入到LED散热研究中,采用PID算法和PWM调制技术实现对半导体制冷片的输入电压的控制,进而实现了对半导体制冷功率的控制,通过实验验证了该方法的可行性。

  随着LED技术日新月异的发展,LED已经走进普通照明的市场。然而,LED照明系统的发展在很大程度上受到散热问题的影响。对于大功率LED而言,散热问题已经成为制约其发展的一个瓶颈问题。而半导体制冷技术具有体积小、无须添加制冷剂、结构简单、无噪声和稳定可靠等优点,随着半导体材料技术的进步,以及高热电转换材料的发现,利用半导体制冷技术来解决LED照明系统的散热问题,将具有很现实的意义。

  1 LED热量产生的原因及热量对LED性能的影响

  LED 在正向电压下,电子从电源获得能量,在电场的驱动下,克服PN 结的电场,由N 区跃迁到P 区,这些电子与P 区的空穴发生复合。由于漂移到P 区的自由电子具有高于P 区价电子的能量,复合时电子回到低能量态,多余的能量以光子的形式放出。然而,释放出的光子只有30%~40%转化为光能,其余的60%~70%则以点振动的形式转化为热能。

  由于LED是半导体发光器件,而半导体器件随温度的变化自身发生变化,从而其固有的特性会发生明显的变化。对于LED结温的升高会导致器件性能的变化和衰减。这种变化主要体现在以下三个方面:⑴减少LED的外量子效率;⑵缩短LED的寿命;⑶造成LED发出光的主波长发生偏移,从而导致光源的颜色发生偏移。大功率LED一般都用超过1W的电功率输入,其产生的热量很大,解决其散热问题是当务之急。

  2半导体制冷原理

  半导体制冷又称电子制冷,或者温差电制冷,是从50年代发展起来的一门介于制冷技术和半导体技术边缘的学科,与压缩式制冷和吸收式制冷并称为世界三大制冷方式。半导体制冷器的基本器件是热电偶对,即把一只N型半导体和一只P型半导体连接成热电偶(如图1),通上直流电后,在接口处就会产生温差和热量的转移。在电路上串联起若干对半导体热电偶对,而传热方面是并联的,这样就构成了一个常见的制冷热电堆。借助于热交换器等各种传热手段,是热电堆的热端不断散热并且保持一定的温度,而把热电堆的冷端放到工作环境中去吸热降温,这就是半导体制冷的原理。

大功率LED照明系统散热问题的解决方案

  本文采用半导体制冷是因为与其他的制冷系统相比,没有机械转动部分、无需制冷剂、无污染可靠性高、寿命长而且易于控制,体积和功率都可以做的很小,非常适合在LED有限的工作空间里应用。

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