以单片机AT89C51为操控中心，将半导体制冷技能引进到LED散热研讨中，选用PID算法和PWM调制技能完结对半导体制冷片的输入电压的操控，然后完结了对半导体制冷功率的操控，经过试验验证了该办法的可行性。
跟着LED技能一日千里的开展，LED现已走进一般照明的商场。但是，LED照明体系的开展在很大程度上遭到散热问题的影响。关于大功率LED而言，散热问题现已成为限制其开展的一个瓶颈问题。而半导体制冷技能具有体积小、无须增加制冷剂、结构简略、无噪声和安稳牢靠等长处，跟着半导体资料技能的前进，以及高热电转化资料的发现，运用半导体制冷技能来处理LED照明体系的散热问题，将具有很实际的含义。
1 LED热量发生的原因及热量对LED功用的影响
LED 在正向电压下，电子从电源取得能量，在电场的驱动下，战胜PN 结的电场，由N 区跃迁到P 区，这些电子与P 区的空穴发生复合。由于漂移到P 区的自由电子具有高于P 区价电子的能量，复合时电子回到低能量态，剩余的能量以光子的方法放出。但是，释放出的光子只要30%~40%转化为光能，其他的60%~70%则以点振荡的方法转化为热能。
由于LED是半导体发光器材，而半导体器材随温度的改变本身发生改变，然后其固有的特性会发生显着的改变。关于LED结温的升高会导致器材功用的改变和衰减。这种改变首要体现在以下三个方面：⑴削减LED的外量子效率；⑵缩短LED的寿数；⑶形成LED宣布光的主波长发生偏移，然后导致光源的色彩发生偏移。大功率LED一般都用超越1W的电功率输入，其发生的热量很大，处理其散热问题是燃眉之急。
2半导体制冷原理
半导体制冷又称电子制冷，或许温差电制冷，是从50年代开展起来的一门介于制冷技能和半导体技能边际的学科，与紧缩式制冷和吸收式制冷并称为国际三大制冷方法。半导体制冷器的根本器材是热电偶对，即把一只N型半导体和一只P型半导体连接成热电偶（如图1），通上直流电后，在接口处就会发生温差和热量的搬运。在电路上串联起若干对半导体热电偶对，而传热方面是并联的，这样就构成了一个常见的制冷热电堆。借助于热交换器等各种传热手法，是热电堆的热端不断散热并且坚持必定的温度，而把热电堆的冷端放到作业环境中去吸热降温，这便是半导体制冷的原理。
本文选用半导体制冷是由于与其他的制冷体系比较，没有机械滚动部分、无需制冷剂、无污染牢靠性高、寿数长并且易于操控，体积和功率都可以做的很小，十分适合在LED有限的作业空间里运用。
3体系整体规划计划
LED散热操控体系由温度设定模块、复位模块、显现模块、温度收集模块、操控电路模块[2]及制冷模块组成，体系整体框图如图1所示。该体系以微处理器为操控中心，与温度收集模块通讯收集被控目标的实时温度，与温度设定模块通讯设定制冷发动温度和强制冷温度。运用C言语对未处理编程可完结，当收集的实时温度小于制冷发动温度时，无PWM调制波[1,6]输出，制冷模块处于搁置状况；当收集的实时温度大于制冷发动温度但小于强制冷温度时，输出必定占空比的PWM调制波，制冷模块发动小功率的制冷方法；当收集的实时温度大于强制冷温度时，输出必定占空比的PWM调制波，制冷模块发动大功率的制冷方法。
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4硬件电路规划及其元件挑选
该体系首要由温度设定、温度收集、PWM操控电路及辅佐电路（复位电路和显现电路）组成。本计划选用低价位、高功用的AT89C51作为主控芯片，完结整个体系的逻辑操控功用；选用单线通讯的高精度温度传感器DS18B20,完结对被控目标LED芯片实时温度的收集；一起规划了4×3输入键盘，制冷发动温度和强制冷温度由键盘输入；规划了PWM操控电路，完结对半导体制冷片TEC[5]的作业电压的操控，然后完结对半导体制冷片TEC制冷功率的操控，以到达对LED芯片及时散热的作用。
4.1主控芯片AT89C51
该体系的主控芯片选用的是单片机AT89C51.单片机AT89C51是美国ATMEL公司出产的低电压、高功用的处理器，为嵌入式操控体系供给了一种灵活性高的廉价计划。单片机AT89C51内含4KB的Flash储存器，可重复擦写1000次、128字节的RAM、四个并行8位双向I/O和2个16位可编程定时器。此外，主控芯片AT89C51选用频率为12MHz的晶振，这样体系运转一个机器周期，有利于程序的编写。单片机AT89C51首要功用：从键盘电路读入设定的制冷发动功率和强制功率，从温度传感器DS18B20读入实时收集的LED芯片作业温度，经过C言语编程将二者比较对光电耦合器输出PWM调制涉及将DS18B20实时收集的温度输出到LCD显现。
4.2键盘电路
该体系选用4×3键盘[4],包含0~9共10个数字键、一个“确认”键和一个“铲除”键。操作流程为：输入2位设定温度，按下“确认”,将设定温度输入到AT89C51内用户自定义区某存储单元，作为半导体制冷片的发动温度。然后，同理再次输入2位温度，作为半导体制冷片的强制冷温度。键盘作业原理：I/O口P1.0~P1.3充任行选线，P1.5~P1.7（外接上拉电阻到+5V电源）充任列选线。初始化时P1.0~P1.3置低电位，P1.5~P1.7置高电位并等候按键。当有键按下时，相应的列选线电平被强制拉低，读相应的行码和列码，则按键的编号即可确认。
4.3温度收集电路
该体系选用美国DALLAS公司的出产的数字温度传感器DS18B20.DS18B20是一款仅运用一根信号线（1-Wire）与单片机通讯的温度丈量芯片，可以丈量（满意该体系的测温要求）之间的温度，运用程序编程可完结9为数字温度输出，丈量精度为由于温度高于 时，DS18B20表现出的漏电流比较大，或许呈现与单片机AT89C51的通讯溃散，故选用外部电源形式供电。DS18B20最大的特色便是单总线传输方法，因而对读写数据位具有严厉的时序要求。时序包含：初始化时序、读时序、写时序。每一次指令和数据的传输都是从单片机的发动写时序开端，假如要求DS18B20回送数据，在进行写时序后，单片机需发动读时序完结数据接纳，数据和指令的传输都是位置在先。‖
4.4PWM操控电路
PWM.操控电路由光电耦合器和一个Cuk电路[3]组成。在此操控电路中，光电耦合器可以有用按捺接地回路的噪声，消除地搅扰，提高了整个体系的抗搅扰才能；光电耦合器把输入端（单片机AT89C51）和输出端（半导体制冷片TEC）电气阻隔，避免了主控芯片AT89C51遭到意外损伤，有用维护了单片机AT89C51.别的，此操控电路中还运用光电耦合器组成了开关电路，节省了开关器材的运用。Cuk直流斩波电路的功用是将+15V的外接电源转变为可调电压的直流电，即Cuk电路输出端的电压（半导体制冷片TEC的作业电压）是可调的。输出端OUT+和OUT-之间的可调电压是受Q1端和Q2之间的关断频率操控的。在此操控电路中选用Cuk电路，由于Cuk斩波电路有一个显着的长处，即其输入电源电流和输出负载电流都是接连的，且脉动很小，有利于确保半导体制冷片TEC处于杰出的作业状况。
限于篇幅有限，下面仅对此PWM操控电路进行简略的介绍：当PWM操控信号为低电平时，晶体管T1处于截止状况，光电耦合器中发光二极管的电流近似为零，输出端Q1和Q2间的电阻很大，相当于开关“断开”;当PWM波操控信号为高电平时，晶体管T1处于导通状况，光电耦合器中发光二极管发光，输出端Q1和Q2间的电阻很小，相当于开关“导通”.由上面介绍可知，当DS18B20收集的实时温度小于制冷发动温度时，光电耦合器的PWM输入端无信号输入时，光电耦合器处于不作业状况，图5中的OUT+端和OUT-端无输出电压，即半导体制冷片处于搁置状况；当DS18B20收集的实时温度大于制冷发动温度时，光电耦合器的PWM输入端有信号输入，图5中的OUT+端和OUT-端即有输出电压。经过PWM调制波操控Q1和Q2两头的通断，即可完结对半导体制冷片TEC作业电压的操控，然后操控了半导体制冷片TEC的散热功率。图5中的OUT+端和OUT-端别离接在半导体制冷片TEC的输入端线上。依据CUK电路的输出电压和供电电源电压的联系，可得出PWM波占空比和半导体制冷片TEC输入电压的联系：
其间D为PWM波的占空比，
为半导体制冷片TEC的作业电压，E为供电电源的电压（在此电路中E=15V）。由上式可知，操控PWM波的占空比就可以操控半导体制冷片TEC的作业电压。
5结束语
本文挑选一些本钱低价相对高功用的元器材，对LED芯片作业温度不同的状况，进行不同的功率制冷，在必定程度上节省电力资源。此计划与传统的散热计划比较较，具有可控性好和制冷作用杰出等长处，关于处理大功率LED照明体系散热问题具有很实际的含义。
