大功率LED照明系統(tǒng)的瓶頸與解決方案.doc

大功率LED照明系統(tǒng)的瓶頸與解決方案.doc
　　隨著LED技術(shù)日新月異的發(fā)展，LED已經(jīng)走進普通照明的市場。
然而，LED照明系統(tǒng)的發(fā)展在很大程度上受到散熱問題的影響。
對于大功率LED而言，散熱問題已經(jīng)成為制約其發(fā)展的一個瓶頸問題。
而半導(dǎo)體制冷技術(shù)具有體積小、無須添加制冷劑、結(jié)構(gòu)簡單、無噪聲和穩(wěn)定可靠等優(yōu)點，隨著半導(dǎo)體材料技術(shù)的進步，以及高熱電轉(zhuǎn)換材料的發(fā)現(xiàn)，利用半導(dǎo)體制冷技術(shù)來解決LED照明系統(tǒng)的散熱問題，將具有很現(xiàn)實的意義。

半導(dǎo)體制冷又稱電子制冷，或者溫差電制冷，是從50年代發(fā)展起來的一門介于制冷技術(shù)和半導(dǎo)體技術(shù)邊緣的學(xué)科，與壓縮式制冷和吸收式制冷并稱為世界三大制冷方式。
半導(dǎo)體制冷器的基本器件是熱電偶對，即把一只N型半導(dǎo)體和一只P型半導(dǎo)體連接成熱電偶（如圖1），通上直流電后，在接口處就會產(chǎn)生溫差和熱量的轉(zhuǎn)移。
在電路上串聯(lián)起若干對半導(dǎo)體熱電偶對，而傳熱方面是并聯(lián)的，這樣就構(gòu)成了一個常見的制冷熱電堆。
借助于熱交換器等各種傳熱手段，是熱電堆的熱端不斷散熱并且保持一定的溫度，而把熱電堆的冷端放到工作環(huán)境中去吸熱降溫，這就是半導(dǎo)體制冷的原理。

　該系統(tǒng)采用美國DALLAS公司的生產(chǎn)的數(shù)字溫度傳感器DS18B20。
DS18B20是一款僅使用一根信號線（1-Wire）與單片機通信的溫度測量芯片，可以測量（滿足該系統(tǒng)的測溫要求）之間的溫度，利用程序編程可實現(xiàn)9為數(shù)字溫度輸出，測量精度為由于溫度高于 時，DS18B20表現(xiàn)出的漏電流比較大，可能出現(xiàn)與單片機AT89C51的通信崩潰，故采用外部電源模式供電。
DS18B20最大的特點就是單總線傳輸方式，因此對讀寫數(shù)據(jù)位具有嚴格的時序要求。
時序包括：初始化時序、讀時序、寫時序。
每一次命令和數(shù)據(jù)的傳輸都是從單片機的啟動寫時序開始，如果要求DS18B20回送數(shù)據(jù)，在進行寫時序后，單片機需啟動讀時序完成數(shù)據(jù)接收，數(shù)據(jù)和命令的傳輸都是地位在先。

大功率LED照明系統(tǒng)的瓶頸與解決方案 　 　　 以單片機AT89C51為控制核心，將半導(dǎo)體制冷技術(shù)引入到LED散熱研究中，采用PI D算法和PWM調(diào)制技術(shù)實現(xiàn)對半導(dǎo)體制冷片的輸入電壓的控制，進而實現(xiàn)了對半 導(dǎo)體制冷功率的控制，通過實驗驗證了該方法的可行性。
　　 隨著LED技術(shù)日新月異的發(fā)展，LED已經(jīng)走進普通照明的市場。
然而，LED照明系統(tǒng) 的發(fā)展在很大程度上受到散熱問題的影響。
對于大功率LED而言，散熱問題已經(jīng) 成為制約其發(fā)展的一個瓶頸問題。
而半導(dǎo)體制冷技術(shù)具有體積小、無須添加制冷 劑、結(jié)構(gòu)簡單、無噪聲和穩(wěn)定可靠等優(yōu)點，隨著半導(dǎo)體材料技術(shù)的進步，以及高 熱電轉(zhuǎn)換材料的發(fā)現(xiàn)，利用半導(dǎo)體制冷技術(shù)來解決LED照明系統(tǒng)的散熱問題，將 具有很現(xiàn)實的意義。
　　1LED熱量產(chǎn)生的原因及熱量對LED性能的影響 　　LED在正向電壓下，電子從電源獲得能量，在電場的驅(qū)動下，克服PN 結(jié)的電場，由N區(qū)躍遷到P區(qū)，這些電子與P區(qū)的空穴發(fā)生復(fù)合。
由于漂移到P 區(qū)的自由電子具有高于P 區(qū)價電子的能量，復(fù)合時電子回到低能量態(tài)，多余的能量以光子的形式放出。
然而，釋放出的光子只有30%～40%轉(zhuǎn)化為光能，其余的60%～70%則以點振動的形式 轉(zhuǎn)化為熱能。
　　 由于LED是半導(dǎo)體發(fā)光器件，而半導(dǎo)體器件隨溫度的變化自身發(fā)生變化，從而其 固有的特性會發(fā)生明顯的變化。
對于LED結(jié)溫的升高會導(dǎo)致器件性能的變化和衰 減。
這種變化主要體現(xiàn)在以下三個方面：⑴減少LED的外量子效率;⑵縮短LED的 壽命;⑶造成LED發(fā)出光的主波長發(fā)生偏移，從而導(dǎo)致光源的顏色發(fā)生偏移。
大功 率LED一般都用超過1W的電功率輸入，其產(chǎn)生的熱量很大，解決其散熱問題是當(dāng) 務(wù)之急。
　　2半導(dǎo)體制冷原理 　　 半導(dǎo)體制冷又稱電子制冷，或者溫差電制冷，是從50年代發(fā)展起來的一門介于制 冷技術(shù)和半導(dǎo)體技術(shù)邊緣的學(xué)科，與壓縮式制冷和吸收式制冷并稱為世界三大 制冷方式。
半導(dǎo)體制冷器的基本器件是熱電偶對，即把一只N型半導(dǎo)體和一只P型 半導(dǎo)體連接成熱電偶（