中心議題：

• LED驅動器的主動式熱能管理方案

解決方案：

• 植入光子晶體提高亮度
• 熱能管理/LED驅動IC管理亮度損耗

LED光源為照明產業的大勢所趨，惟整體發光效率仍未達市場要求，其中

，散熱缺陷為首要解決的棘手課題，目前產業界已發展出利用LED驅動器的主動式熱能管理，其藉由內建熱能回折功能，以改善LED在使用年限與散熱的發展窒礙。

在照明工業上，發光二極管(LED)一直以來都被寄予厚望能取代傳統白熾燈、熒光燈及各種氣體放電光源的照明設備，主因係LED能降低功耗，並讓土壤不受到有害化學物質危害。然即使LED的發光效率早已超越如氙氣燈(HID)的高效率光源，但在內部電路組成與整體亮度表現仍不盡理想。

LED的發光效率受限於光產生方式，與其采用的材料製造方式無關。LED內部發光的方式通常以非輻射方式產生，因此大多數的光會被重新吸收並產生熱源。以磷光體為主的白光LED，會因為史托克位移效應(Stokes Shift)所產生的熱源而造成LED發光效率降低。不過有幾種創新的解決方案能改善輻射複合率與光子吸收的問題，以增加LED的亮度與發光效率。

透過植入光子晶體提高亮度

Luminus Devices率先提出一種解決方案
，藉由植入光子晶體，以便為局限(Trapped)zaijibanzhongdeguangzitigongbodaoguan。guangzijingtishiziranshengchengdewuzhi，zaidanbaishizheleixingdecailiaozhongbiankekandaoguangzijingtidecunzai，qijinmidejiegoutexing
，ketigongguangxianfangshedelujing，nengchanshenggenggaomidudeguangchangqiangdu，jicitexingyuqitaruliangzijing、光共振腔等特點，能使LED亮度超乎想象增加。對於需要高亮度的應用
，如投影機、液晶顯示器(LCD)背光板光源及其他特殊的應用而言，這些特殊的組件皆已相當普及，未來希望能應用在一般照明設備。

每mei種zhong照zhao明ming設she備bei均jun存cun在zai光guang源yuan使shi用yong壽shou命ming問wen題ti
，經jing常chang遭zao遇yu的de狀zhuang況kuang有you類lei似si白bai熾chi燈deng泡pao的de鎢wu絲si突tu然ran燒shao斷duan，或huo因yin長chang時shi間jian使shi用yong而er使shi得de光guang源yuan材cai料liao因yin逐zhu漸jian老lao化hua以yi致zhi變bian暗an而er故gu障zhang，LEDyiyinzujiandejiemianwenduerchuxianlaohuaxianxiang。suoyoudezhaomingshebeizaitigongwendingliangdutiaojianxia，yuyidingshiyongnianxianhou，liangdushibihuizhujiandiyuyouxiaoliangduzhixia。zaibutongdezhaomingyingyongzhuangzhizhong，jieyoushiyongshoumingshijianxianzhi。julilaishuo，dangshiyongzailudengzhuangzhideliangduyishuaijianzhiyuanxian50%時
，即代表使用年限，但使用在醫生內視鏡的光源裝置可能亮度尚未衰減那麼多。

藉熱能管理/LED驅動IC管理亮度損耗

LED使用壽命的終點代表其照明亮度已低於可用的水平以下，而LED使用壽命的長短與溫度的關聯性非常高(圖1)。若以圖1中的曲線為設計參考，要設計出一款通用型的照明設備

，且使用壽命至少50,000小時後還能有最初50%的亮度，則接麵溫度必須控製在100℃之下。在不使用主動冷卻的前提下，將是極為艱巨的任務。另外，由於LED無法使用輻射散熱的問題，此將使得散熱弊病更雪上加霜。傳統白熾燈泡可經由輻射方式分散出大量的紅外線熱能，而LED則(ze)須(xu)考(kao)慮(lv)如(ru)何(he)解(jie)決(jue)散(san)熱(re)問(wen)題(ti)。此(ci)外(wai)，在(zai)使(shi)用(yong)過(guo)程(cheng)中(zhong)，若(ruo)接(jie)麵(mian)溫(wen)度(du)瞬(shun)間(jian)超(chao)過(guo)製(zhi)造(zao)商(shang)所(suo)限(xian)製(zhi)的(de)溫(wen)度(du)範(fan)圍(wei)
，就(jiu)會(hui)對(dui)發(fa)光(guang)組(zu)件(jian)的(de)壽(shou)命(ming)造(zao)成(cheng)劇(ju)烈(lie)的(de)永(yong)久(jiu)傷(shang)害(hai)。

圖1 LED照明的溫度效應

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若LED須進行降級才能處理嚴峻的接麵溫度
，則當在設計照明係統或核心組件時，就必須認真思考兩件重要事項
，分別為熱能管理與對LED驅qu動dong器qi的de了le解jie。不bu僅jin僅jin在zai通tong用yong性xing的de照zhao明ming應ying用yong中zhong須xu考kao慮lv到dao此ci兩liang個ge因yin素su，在zai其qi他ta應ying用yong中zhong也ye須xu要yao被bei考kao慮lv。最zui簡jian易yi的de解jie決jue方fang案an就jiu是shi采cai用yong被bei動dong熱re能neng管guan理li方fang式shi

，經jing由you散san熱re片pian搭da配pei足zu夠gou的de氣qi流liu能neng帶dai走zou廢fei熱re氣qi。Nuventix研yan發fa一yi種zhong主zhu動dong式shi冷leng卻que裝zhuang置zhi，此ci裝zhuang置zhi並bing沒mei有you采cai用yong任ren何he的de風feng扇shan組zu件jian
，而er是shi利li用yong高gao速su的de空kong氣qi噴pen射she器qi產chan生sheng氣qi流liu，其qi作zuo業ye原yuan理li就jiu像xiang是shi一yi名ming單dan車che騎qi士shi單dan手shou抓zhua著zhe大da卡ka車che的de後hou麵mian
，藉ji由you卡ka車che快kuai速su前qian進jin而er快kuai速su馳chi騁cheng，Nuventix所設計的冷卻器就是利用類似的原理，提供高效率的冷卻方式。此技術已被應用在MR16、PAR20

、PAR25等標準照明設備中。

解決方案中
，另一個重要的課題就是利用LED驅動器的主動式熱能管理方式。傳統上，LED驅動器有固定的電流源
，主要用來監視並控製流入一組或多組LED的電流量。通常來說
，此足以驅動LED，並能在改變輸入電壓過程中保持相同的亮度大小。然隨著亮度與架構的改良，LED已能提供更高的亮度光源

，且逐漸進化成具備熱能控製需求的完整光源引擎核心組件。

為防止組件遭受破壞或讓使用壽命縮短，必須進行熱能管理，且已有多種方法可以解決此問題。圖2為兩種不同的回折曲線，可在溫度上升時限製LED的電流流量。當接麵溫度保持在默認溫度範圍內時，就經由主要的控製回路作為電流調節；但(dan)當(dang)接(jie)麵(mian)溫(wen)度(du)超(chao)過(guo)默(mo)認(ren)範(fan)圍(wei)時(shi)，就(jiu)會(hui)使(shi)用(yong)另(ling)一(yi)組(zu)控(kong)製(zhi)回(hui)路(lu)限(xian)製(zhi)電(dian)流(liu)大(da)小(xiao)。其(qi)中(zhong)接(jie)麵(mian)溫(wen)度(du)的(de)回(hui)折(zhe)點(dian)與(yu)驅(qu)動(dong)電(dian)流(liu)的(de)衰(shuai)減(jian)率(lv)，均(jun)可(ke)依(yi)照(zhao)不(bu)同(tong)的(de)應(ying)用(yong)和(he)LED製造商的建議改變。

圖2 熱能回折曲線的實例

美國國家半導體(NS)所推出的LED驅動器LM3424
，已內建熱能回折功能，設計者能(藉由調整曲線斜率)選擇所需的設定點與係統增益值。此使得LED在一般照明與其他的特殊應用裝置(如緊急告示板)中，更能掌握LED因使用年限或受到高溫破壞的現象。

熱能管理提升可靠度　大幅延長LED使用壽命

雖然LED技術不斷演進
，卻也衍生出許多新的問題。隨著LED發光強度與效率持續改善，更多的照明　應用設備將會逐漸從傳統的發光源轉移至新型態的LED發光源，並產生更多的新應用。當引入新的冷卻解決方案與驅動技術後
，熱能管理將變得更加容易，並能延長LED使用壽命，使得LED具有不須替換的潛力，此在目前使用的白熾燈泡中為難以實現的目標。