為了避免熱擊穿，LED照明系統設計人員應考慮組件的熱特性。這在汽車(chē)照明等應用中尤其重要，在該應用中，較高的環(huán)境溫度和較長(cháng)的工作時(shí)間會(huì )導致組件迅速老化。

 

汽車(chē)照明技術(shù)的發(fā)展（驅動(dòng)電流增加以及越來(lái)越小的封裝尺寸）使優(yōu)化散熱設計既困難又必要。較高的驅動(dòng)電流將結溫提高到無(wú)法充分優(yōu)化散熱的程度。因此，必須創(chuàng )造一種在溫度過(guò)高時(shí)降低LED電流的方法。

 

大多數汽車(chē)LED驅動(dòng)器都具有電流調光功能。但是，調光控制電路通常通過(guò)復雜的模擬或數字電路來(lái)控制，這在最終應用中通常會(huì )占用大量空間，并增加整個(gè)系統成本。本文提出了一種基于NTC電阻（負溫度系數）的簡(jiǎn)單電路解決方案，該解決方案可根據溫度線(xiàn)性調節輸出電流。

圖1電路電路設計用于在溫度低于70°C時(shí)在驅動(dòng)器中保持穩定的標稱(chēng)輸出電流。如果電路超過(guò)溫度閾值，則輸出電流與溫度成準線(xiàn)性關(guān)系，從而減小輸出電流以避免熱擊穿，當LED達到約120°C的最高額定溫度時(shí)，該電流達到最小電流值。

 

感應電路

 

作為示例，本文采用了MPQ2489-AEC1，這是一種60V，1 A汽車(chē)級降壓LED驅動(dòng)器，如圖1所示。該驅動(dòng)器同時(shí)實(shí)現了PWM和模擬調光，盡管在本應用中僅使用后者。要使用模擬調光功能，必須在DIM引腳上施加0.3至2.5V的DC電壓。該電壓可以在250 mA和1.1 A之間線(xiàn)性調節LED電流（圖2）。當直流電壓介于0.3至1.25V之間時(shí)，會(huì )產(chǎn)生250至550 mA之間的電流。

 

圖2該模擬調光曲線(xiàn)由MPQ2489-AEC1降壓LED驅動(dòng)器產(chǎn)生。資料來(lái)源：MPS

 

使用NTC熱敏電阻（TDK的NTCG164BH103JTDS）感測溫度，該熱敏電阻在分壓電阻器中實(shí)現。NTC電阻的變化會(huì )導致分壓器輸出端的電壓根據溫度而變化。這會(huì )偏移DIM引腳上的電壓，從而改變輸出電流。

 

DIM引腳上施加的標稱(chēng)電壓由1.25V基準電壓設置。這樣可確保在低于70°C閾值的溫度下提供穩定的輸入電壓。此外，電阻分壓器的電源電壓使用250mW齊納二極管固定在6.2V。

 

當器件處于70°C或更低溫度時(shí)，參考電壓提供的1.25V電壓會(huì )限制DIM輸入，并且LED會(huì )提供550 mA的電流。一旦溫度超過(guò)70°C閾值，電阻分壓器輸出就會(huì )降至1.25V以下。然后，DIM輸入遵循電阻分壓器配置文件，隨著(zhù)溫度持續升高，這會(huì )減小LED驅動(dòng)電流。

 

仿真可用于估算電路的運行情況。此示例的仿真結果表明，DIM電壓在高達溫度閾值的1.25V處穩定，然后呈指數下降，直到溫度達到120°C時(shí)達到0.3V的最小輸出（圖3）。

 

圖3降壓LED驅動(dòng)器執行的模擬調光的模擬結果。資料來(lái)源：MPS

 

該系統的一個(gè)缺點(diǎn)是，按照Steinhart-Hart公式（由公式1計算），NTC電阻如何隨溫度變化：

 

 

計算NTC電阻的公式

 

Steinhart-Hart方程表明溫度與NTC電阻值之間的關(guān)系是非線(xiàn)性的，因此電阻分壓器與溫度也具有非線(xiàn)性關(guān)系。因此，由于溫度引起的電流減小也是非線(xiàn)性的?？梢允褂霉?估算這種下降：

 

 

計算溫度引起的電流下降的方程式

 

盡管如此，該電路還是提供了一種小型且簡(jiǎn)單的解決方案來(lái)減小高溫下的LED驅動(dòng)電流，從而提高了這些組件的預期壽命。

 

結果驗證

 

為了測試電路性能，構建了一個(gè)系統來(lái)模擬現實(shí)世界的用例（圖4）。 一個(gè)3Ω電阻替代LED，該電阻通過(guò)在兩極之間施加電壓差來(lái)加熱。然后，選擇的NTC是用導熱膏固定在電阻器上，以確保最大程度地準確地檢測電阻器/溫度。最后，NTC連接到設計的電路。通過(guò)改變電阻器的溫度（掃描提供給它的功率），獲得了DIM電壓曲線(xiàn)。

 

圖4創(chuàng )建測試設置是為了模擬現實(shí)世界用例（例如汽車(chē)燈）的模擬調光，該測試系統是為模擬現實(shí)用例而構建的。資料來(lái)源：MPS

 

該測試是在25°C至145°C的溫度范圍內進(jìn)行的。圖5顯示達到了預期的電路性能。當溫度低于74°C（接近估計的70°C閾值）時(shí)，電路的輸出電壓（VDIM）保持穩定在1.25V。超過(guò)此溫度，電壓在145°C下降至0.25V。

 

圖5測試結果顯示了調光電壓隨溫度的變化 來(lái)源：MPS

 

圖6顯示，當LED溫度低于74°C時(shí)，獲得的驅動(dòng)電流設置為100％。一旦溫度超過(guò)該值，驅動(dòng)電流就會(huì )變小，LED變暗，以減少散熱并抵消溫度上升的影響。該測試以及圖5中所示的測試確認了設計的預期功能。通過(guò)成功限制高溫下的輸出電流，可以保護電路組件免受熱損壞。

 

圖6測試結果顯示驅動(dòng)電流與溫度的關(guān)系 資料來(lái)源：MPS

 

本文演示了電路的實(shí)現方式如何通過(guò)使用簡(jiǎn)單的感應電路和大多數LED驅動(dòng)器中預先存在的調光功能來(lái)控制LED的驅動(dòng)電流。該解決方案為汽車(chē)照明系統制造商提供了穩定，具有成本效益的選擇，可以顯著(zhù)增加電路中組件的預期壽命，同時(shí)僅占用很少的電路板空間。本文中提出的電路可以相對容易地和廉價(jià)的材料清單應用于許多現有的照明系統。

 

Xavier Ribas和Tomas Hudson是Monolithic Power Systems（MPS）的應用工程師