En los últimos años, con la profundización de la investigación de materiales emisores de luz semiconductores, el progreso continuo del proceso de fabricación de fuentes de Luz LED de alta potencia y el desarrollo y aplicación de nuevos materiales (cristales de nitruro y fósforos), los LED de alto brillo de varios colores han logrado avances. Esto hace posible que las aplicaciones LED crucen el mercado de fuentes de luz eficientes. Sin embargo, el desarrollo de los sistemas de iluminación LED se ve afectado en gran medida por el problema de disipación de calor. para los LED de alta potencia, el problema de disipación de calor se ha convertido en un cuello de botella que restringe su desarrollo.

Con el progreso de la tecnología de materiales semiconductores y el descubrimiento de materiales de conversión eléctrica de alto calor, la tecnología de refrigeración de semiconductores tiene las ventajas de pequeño tamaño, sin necesidad de agregar refrigerante, estructura simple, sin ruido, estabilidad y confiabilidad. El uso de la tecnología de refrigeración de semiconductores para resolver el problema de disipación de calor del sistema de iluminación LED tendrá una importancia muy práctica.

Esta tesis toma el microcomputador de un solo chip at89c51 como núcleo de control, introduce la tecnología de enfriamiento de semiconductores en la investigación de la disipación de calor led, utiliza el algoritmo EIP y la tecnología de modulación PWM para realizar el control del voltaje de entrada del chip de enfriamiento de semiconductores, y luego realiza el control de la Potencia de enfriamiento de semiconductores, que verifica la viabilidad de este método a través de experimentos.

En primer lugar, la causa de la fiebre LED y el impacto del calor en el rendimiento LED

Bajo el voltaje positivo del led, los electrones obtienen energía de la fuente de alimentación, y impulsados por el campo eléctrico, los electrones superan el campo eléctrico de la Unión PNN y transitan de la zona n a la zona P. estos electrones se combinan con agujeros en la zona p. Debido a que los electrones libres que se desplazan a la zona P tienen una energía más alta que los electrones de Valencia en la zona p, cuando se reagrupan, los electrones regresan a un Estado de energía más bajo y el exceso de energía se emite en forma de fotones. Sin embargo, solo entre el 30% y el 40% de los fotones liberados se convierten en energía luminosa y entre el 60% y el 70% restante en energía térmica en forma de vibración puntual.

Debido a que los LED son dispositivos emisores de luz semiconductores, los propios dispositivos semiconductores cambiarán con los cambios de temperatura, por lo que sus características inherentes cambiarán significativamente. El aumento de la temperatura de Unión de los LED provocará cambios en el rendimiento y la atenuación del dispositivo. Este cambio se refleja principalmente en los siguientes tres aspectos:

1) reducir la eficiencia cuántica externa de los led;

2) acortar la vida útil de los led;

3) causar un desplazamiento de la longitud de onda principal de la luz emitida por el led, lo que resulta en un desplazamiento de color de la fuente de luz.

Los LED de alta potencia generalmente utilizan una entrada de energía de más de 1w, y el calor generado es muy grande, por lo que es urgente resolver su problema de disipación de calor.

2. principios de refrigeración de semiconductores

La refrigeración por semiconductores, también conocida como refrigeración electrónica o refrigeración termoeléctrica, es una disciplina desarrollada en la década de 1950 entre la tecnología de refrigeración y la tecnología de semiconductores, la refrigeración por compresión y la refrigeración por absorción, conocida como los tres principales métodos de refrigeración del mundo. El dispositivo básico del refrigerador de semiconductores es un par de termoeléctricos, es decir, después de conectar semiconductores n y P a los termoeléctricos a través de corriente continua, se producirán diferencias de temperatura y transferencia de calor en la interfaz.

Varios pares de termoeléctricos semiconductores están conectados en serie en el circuito y la transmisión de calor está conectada en paralelo, formando así una pila térmica de refrigeración universal. Con la ayuda de diversos medios de transferencia de calor, como los intercambiadores de calor, el extremo caliente de la pila térmica continúa Disipando el calor y manteniendo una cierta temperatura, mientras que el extremo frío de la pila térmica se coloca en el entorno de trabajo para absorber el calor y enfriarse, que es el principio de la refrigeración de semiconductores.

Este artículo utiliza refrigeración semiconductora, ya que en comparación con otros sistemas de refrigeración, no hay componentes mecánicos giratorios, no hay refrigerante, no hay contaminación, alta fiabilidad, larga vida útil, fácil de controlar, volumen y potencia se pueden hacer muy pequeños, muy adecuados para aplicaciones de espacio de trabajo LED limitado.

III. diseño general del sistema

El sistema de control de disipación de calor LED consta de un módulo de configuración de temperatura, un módulo de reinicio, un módulo de visualización, un módulo de adquisición de temperatura, un módulo de circuito de control y un módulo de enfriamiento. El sistema toma el procesador como núcleo de control, se comunica con el módulo de adquisición de temperatura, recoge la temperatura en tiempo real del objeto controlado, se comunica con el módulo de configuración de temperatura, establece la temperatura de arranque y la temperatura de frío Fuerte.

Los programas no procesados se pueden implementar utilizando el lenguaje c. Cuando la temperatura en tiempo real recogida es inferior a la temperatura de arranque de enfriamiento, no hay salida de onda de modulación PWM y el módulo de enfriamiento está inactivo. Cuando la temperatura en tiempo real recogida es mayor que la temperatura de inicio del enfriamiento pero menor que la temperatura de enfriamiento fuerte, se emite una onda de modulación PWM con un cierto ciclo de trabajo, y el módulo de enfriamiento inicia el modo de enfriamiento de baja potencia. Cuando la temperatura en tiempo real recogida es mayor que la temperatura de enfriamiento fuerte, se emite una onda de modulación PWM con un cierto ciclo de trabajo, y el módulo de enfriamiento inicia el modo de enfriamiento de alta potencia.

4. diseño de circuitos de hardware y selección de componentes

El sistema consta principalmente de configuración de temperatura, adquisición de temperatura, circuito de control PWM y circuito auxiliar (circuito de reinicio y circuito de visualización). Con at89c51 de bajo precio y excelente rendimiento como chip de control principal, se realiza la función de control lógico de todo el sistema. El sensor de temperatura de alta precisión ds18b20 se comunica con un solo chip para realizar la adquisición en tiempo real de la temperatura del chip LED del objeto controlado.

Al mismo tiempo, se ha diseñado un teclado de entrada de 4 × 3, a través del cual se introduce la temperatura de arranque y la temperatura de enfriamiento Fuerte. El circuito de control PWM está diseñado para controlar el voltaje de trabajo de la placa de enfriamiento de semiconductores TEC [5], y luego controlar la Potencia de enfriamiento de la placa de enfriamiento de semiconductores tec, logrando así el efecto de enfriar el chip led a tiempo.

El circuito de control PWM está compuesto por un acoplador fotoeléctrico y un circuito Cuk [3]. En este circuito de control, el acoplador fotoeléctrico puede inhibir eficazmente el ruido del Circuito de tierra, eliminar la interferencia con la tierra y mejorar la capacidad antiinterferencia de todo el sistema. El acoplador fotoeléctrico aísla electrónicamente el extremo de entrada (microcomputador de un solo chip at89c51) y el extremo de salida (placa de enfriamiento de semiconductores tec), evitando daños accidentales en el chip de control principal at89c51 y protegiendo efectivamente el microcomputador de un solo chip at89c51.