有效防止高溫失靈—PTC熱敏電阻用作LED限流器

　　近年來(lái)，發(fā)光二極管(簡(jiǎn)稱(chēng)LED)的發(fā)展已取得巨大進(jìn)步：已從純粹用作指示燈發(fā)展為光輸出達100流明以上的大功率LED。不久之后，LED照明的成本將降至與傳統冷陰極熒光燈(簡(jiǎn)稱(chēng)CCFL)類(lèi)似的水平。這使得人們對LED的下述應用興趣日濃： 汽車(chē)照明燈、建筑物內外的LED光源、以及筆記本電腦或電視機LCD屏的背光。

　　大功率LED技術(shù)的發(fā)展提高了設計階段對散熱的要求。就像所有其它半導體一樣，LED不能過(guò)熱，以免加速輸出的減弱，或者導致最壞狀況：完全失效。與白熾燈相比，雖然大功率LED具有更高效率，但是輸入功率中相當大的一部分仍變成熱能而非光能。因而，可靠的運作就需要良好的散熱，并要求在設計階段就考慮高溫環(huán)境。

　　設計LED驅動(dòng)電路尺寸時(shí)，也必須考慮溫度因素：必須選擇其正向電流，以確保即使環(huán)境溫度達到最高值，LED芯片也不會(huì )過(guò)熱。隨著(zhù)溫度的升高，就需要通過(guò)降低最高容許電流，即降低額定值，來(lái)實(shí)現降溫。LED制造商把降額曲線(xiàn)納入其產(chǎn)品規格中。有關(guān)此類(lèi)曲線(xiàn)，參見(jiàn)圖1。

圖1 LED降頻曲線(xiàn)

　　利用無(wú)溫度依賴(lài)性的電源運行LED存在弊端：在高溫區域內，LED則超出規格范圍運行。此外，當處于低溫區域時(shí)，照明源就由明顯低于最大容許電流(參見(jiàn)圖1紅色曲線(xiàn))的電流供電。如圖1的綠色曲線(xiàn)所示，通過(guò)LED驅動(dòng)電路中的正溫度系數熱敏電阻(簡(jiǎn)稱(chēng)PTC熱敏電阻)來(lái)控制LED電流是一個(gè)重大改進(jìn)。這至少可以帶來(lái)下列好處：

　　*在室溫下增加正向電流，從而增加光輸出

　　*因為可以減少LED使用量，所以可以使用價(jià)格較低的驅動(dòng)集成電路(簡(jiǎn)稱(chēng)IC)乃至一個(gè)不帶溫度管理的驅動(dòng)電路來(lái)節約成本

　　*實(shí)現無(wú)需IC控制的驅動(dòng)電路設計，此電路亦可使LED電流隨溫度改變

　　*能夠使用較便宜減額值較高安全裕量較小的LED

　　*過(guò)熱保護功能提高了可靠性

　　*帶散熱片的熱機械設計更為簡(jiǎn)單

　　大多數LED用驅動(dòng)電路形式具有一個(gè)共同點(diǎn)：即流經(jīng)LED的正向電流是通過(guò)固定電阻進(jìn)行設置(參見(jiàn)圖2)。一般說(shuō)來(lái)，流經(jīng)LED ILED的電流取決于Rout，即ILED ~ 1/Rout。由于Rout不隨溫度而變，因此LED電流也不受溫度影響。

　　將固定電阻換成隨溫度變化的電路，即可實(shí)現對LED電流的溫度管理。下列圖表闡明了如何使用PTC熱敏電阻來(lái)改善標準電路。

　　示例1：有反饋回路的恒流源

　　圖2中電路1為常用的驅動(dòng)電路。其恒流源包括一條反饋回路。當調節電阻兩端的反饋電壓達到因IC而異的VFB時(shí)，LED電流就不變了。LED電流因而被穩定在ILED=VFB/Rout。

圖2 LED的傳統驅動(dòng)方式

{{分頁(yè)}}

　　圖3所示為上一電路改良型：此電路借由PTC熱敏電阻，生成隨溫度變化的LED電流。通過(guò)正確選擇PTC熱敏電阻、Rseries以及Rparallel，此電路與專(zhuān)用驅動(dòng)IC和LED組合相匹配。其中，LED電流可經(jīng)由下列方程式計算得出：

　　圖3所示電路闡明了LED電流(參見(jiàn)圖3)的溫度依賴(lài)性。與針對最高運行溫度為60度的恒流源相比較，使用PTC熱敏電阻后LED電流可在0度和40度之間提升達40%，并且LED亮度也能提高同等百分比。

圖3 采用PTC熱敏電阻的溫度監測和電流降頻

　　示例2：調節電阻與LED無(wú)串聯(lián)的恒流源

　　圖2所示電路2為另一常見(jiàn)的恒流源電路：電流通過(guò)連接驅動(dòng)IC的電阻得以確定。然而在這種情況下，調節電阻并未與LED串聯(lián)。Rset和ILED之間的比率由IC規格明確。因此，運用20kW的串聯(lián)電阻和英飛凌科技所產(chǎn)的TLE4241G型驅動(dòng)IC，最終產(chǎn)生的LED電流為30mA。圖4所示為標準電路改良型，其中也含有一個(gè)PTC熱敏電阻，盡管此處采用的B59601A系列PTC熱敏電阻(型號0603)的電阻為R25=470W。在感測溫度(可設定為以10度遞增)，元件電阻可達4.7kW，且容許誤差值為