一款帶散熱監(jiān)控功能的智能LED照明控制

散熱管理是新型LED燈中最困難、要求最嚴格且成本最高的設計部分。如果不進行充分的散熱管理，將會造成照明失效或火災等災難性后果。如果不進行有效的散熱管理，則會帶來需要頻繁更換失效的LED燈或者導致建筑物火災等災難性后果。使用智能LED燈控制功能來監(jiān)控LED燈的溫度是較為簡單的散熱管理辦法，同時由于LED燈能在溫度升高情況下降低功率，因此安全性也將會得到大幅提升。 　　NTC散熱管理 　　NTC電路的基本原理是通過監(jiān)控LED燈的溫度來提升LED燈的安全性并降低設計復雜度。當溫度升高時，控制器減少流明并借以將LED保持在安全水平之內。換言之，當溫度升高時，減少流明，反之，當溫度下降時，則增加流明。 　　我們可通過檢測NTC上的電壓來檢測LED燈的溫度變化。檢測到的電壓與NTC的溫度有直接關系，而NTC的電阻會隨NTC及其周邊電路溫度的升高而下降。使用NTC確定溫度有兩種基本方法。 　　方法一：在系統(tǒng)強制實施已知電壓的分壓器電路中使用NTC，并隨后測量NTC節(jié)點上的電壓。NTC溫度升高時，電阻減小。電阻減小將導致分壓器比的變化。NTC節(jié)點的電壓也會隨溫度升高而下降。 　　方法二、強制已知電流通過NTC，并測量NTC上的電壓。NTC溫度升高時，電阻減小。根據歐姆定律，電阻減小將改變NTC節(jié)點上的電壓。如電阻減小而電流保持不變，NTC節(jié)點上的電壓也會下降。 圖1：使用NTC確定溫度的兩種基本方法 　　就改進操作、提高安全性而言，這兩種監(jiān)控LED燈溫度的方法實施起來都很簡單直接。圖1是使用LED作為升溫源頭的這兩種方法的原理圖。 　　溫度過高還是LED故障 　　LED燈的流明輸出下降時，了解是否因過高的溫度環(huán)境還是因為LED出了故障而導致LED輸出下降至關重要。我們可用顯示流明下降的指示器來確定下降原因。 圖2 　　圖2所示系統(tǒng)中的流明下降是通過低功耗的紅色LED指示的。當系統(tǒng)處于最大流明輸出時，紅色LED關閉;當LED燈溫度升高時，流明輸出則會下降，而流明輸出下降時，紅色LED即會開啟。隨著流明輸出不斷下降，紅色LED的強度會相應增加。當流明輸出下降到其最低強度時，紅色LED將會完全開啟。 　　當流明輸出處于最低強度而LED燈的溫度仍然較高時，紅色LED指示燈還可作為預警嚴重問題的報警器。在報警模式下，紅色LED會在白色LED全部關閉的情況下不斷閃爍。 圖3：帶有NTC和警報指示器的普通LED驅動器和LED控制器 　　圖3的方框圖顯示了帶有NTC和警報指示器的普通LED驅動器和LED控制器。普通LED燈包含的一個LED驅動器經配置后可通過LED提供一個設置電流。驅動器無法根據溫度降低流明。驅動器提供的溫度監(jiān)控功能只能用于自身保護，并在溫度極高的情況下完全關閉。 　　LED控制器具有普通LED驅動器的全部控制功能，并能增強溫度監(jiān)控、通信和調光控制等其他功能的智能水平。方框圖中藍色部分是LED控制器的基本模塊和組件。以紅色顯示的組件不是基本操作所必需的，但顯示用于本文所述的NTC和報警功能。 　　普通LED添加NTC后，就能以可控順序在溫度達到預設限度時關閉LED燈。LED控制器右側的兩個紅色組件(電阻和NTC)根據NTC操作部分所介紹的方法一進行配置。控制器向電阻元素提供精確的電壓。NTC節(jié)點處的電壓由控制器測量，以便轉換為相應的系統(tǒng)溫度。 　　報警機制可讓LED燈顯示溫度升高并達到必須關閉以確保安全的程度。LED控制器左側的兩個紅色組件(電阻和LED)是基本的指示燈LED配置。LED的亮度由PWM(脈沖寬度調制)信號控制。LED在PWM占空比提高情況下會增加亮度。 　　上述智能LED燈以另外一個LED指示燈的方式顯示報警信息。LED報警只是智能LED能夠采用的眾多通信接口之一。此外還可采用PLC(電力線通信)、DMX(數字多路復用)和DALI(數字可尋址照明接口)等接口。 　　流明調節(jié) 圖4 LED燈監(jiān)控及調節(jié)流程圖 　　圖4的流程圖顯示了監(jiān)控LED燈溫度并在溫度達到一定安全限度情況下調節(jié)流明大小的簡單算法。流程圖頂部的“加電啟動——系統(tǒng)初始化”塊是微控制器初始化塊。墻壁開關打開后，LED燈加電，該塊將配置LED燈進行基本操作，如流明輸出和溫度檢測等。 　　“燈是否打開”塊檢測燈是否由于溫度過高而關閉。該簡單的按位測試將明確燈是否打開。如果設為燈開位，說明燈打開，如果未設為燈開位，說明燈未打開。首次加電時，燈是默認打開的并設定燈開位。 　　“警報”控制塊控制著溫度過高且LED燈被控制器關閉后的開關序列。接下來的“燈是否打開”塊將再次開始檢測序列。退出報警條件的唯一途徑就是斷開并利用墻壁開關再次供電。 　　接下來的“檢測溫度”塊將檢測NTC節(jié)點處的電壓。NTC通常會隨溫度發(fā)生非線性變化，因此檢測到的電壓可根據對照表進行相關溫度比較。該溫度將用于后續(xù)兩個控制塊。 　　“安全溫度”塊用于測定LED燈的溫度是否在安全范圍內。當溫度達到配置的最大值時，系統(tǒng)會將燈關掉。若溫度低于允許最大值，系統(tǒng)將繼續(xù)進行溫度穩(wěn)定性測試。 　　“關燈”塊的作用是當LED燈溫處于不安全范圍時將燈關掉。接下來是“是否開燈”塊，再次重新開始檢測序列。 　　“溫度變化”塊用于測定上次流明調節(jié)循環(huán)以來的溫度變化是否需要提升或降低光輸出。“溫度增加”塊用于測定溫度是升還是降。由于前一個控制塊已經測出自上次流明調節(jié)循環(huán)以來的溫度變化已足夠大，因此這里只有兩個選擇。 　　“最大流明”塊用于測定LED燈是否設為最大流明輸出。若流明輸出達到最大值，則重新進入“是否開燈”塊，重新開始檢測序列。 　　當上一個控制塊測出流明輸出未達到最大值，便會觸發(fā)“流明升高、調暗指示燈”塊。該控制塊會根據初始化塊期間的配置將輸出調高一級，還會將指示燈LED調低一級，以使流明增加與指示燈變暗相匹配，然后再重新啟動檢測序列。 　　當“溫度升高”塊測出溫度升高，便會觸發(fā)“最低流明”塊。若流明未達到預設的最低值，則流程導向“降低流明，調亮指示燈”塊。若流明輸出達到預設的最低值，則重新進入“是否開燈”塊，重新開始檢測序列。 　　“降低流明，調亮指示燈”塊會根據初始化塊期間的配置將輸出調低一級，還會將指示燈LED調高一級，以使流明減少與指示燈增加相匹配，然后再重新啟動檢測序列。 　　上述流程圖顯示了輸入電源循環(huán)期間LED燈保持關閉的情況。流程稍作變動，就能提供燈關閉后監(jiān)控溫度、在溫度降至安全限度內重新打開LED燈的序列。