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基于51單片機的高效散熱LED照明解決方案

作者: 時間:2011-04-19 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

以單片機AT89C51為控制核心,將半導體制冷技術(shù)引入到led研究中,采用PID算法和PWM調(diào)制技術(shù)實現(xiàn)對半導體制冷片的輸入電壓的控制,進而實現(xiàn)了對半導體制冷功率的控制,通過實驗驗證了該方法的可行性。
  隨著技術(shù)日新月異的發(fā)展,已經(jīng)走進普通照明的市場。然而,照明系統(tǒng)的發(fā)展在很大程度上受到問題的影響。對于大功率LED而言,問題已經(jīng)成為制約其發(fā)展的一個瓶頸問題。而半導體制冷技術(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。

本文引用地址:http://m.ptau.cn/article/200681.htm

  1、LED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是半導體發(fā)光器件,而半導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:

1、減少LED的外量子效率;

2、縮短LED的壽命;

3、造成LED發(fā)出光的主波長發(fā)生偏移,從而導致光源的顏色發(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務(wù)之急。

  2、半導體制冷原理

  半導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)和半導體技術(shù)邊緣的學科,與壓縮式制冷和吸收式制冷并稱為世界三大制冷方式。半導體制冷器的基本器件是熱電偶對,即把一只N型半導體和一只P型半導體連接成熱電偶(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,這就是半導體制冷的原理。

  

  圖1 半導體制冷片TEC結(jié)構(gòu)

  本文采用半導體制冷是因為與其他的制冷系統(tǒng)相比,沒有機械轉(zhuǎn)動部分、無需制冷劑、無污染可靠性高、壽命長而且易于控制,體積和功率都可以做的很小,非常適合在LED有限的工作空間里應用。


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