大功率LED的溫度補償原理

引言

　　當LED所處環(huán)境溫度高于安全工作點溫度時，LED的正向電流就會超出安全區(qū)，使LED的壽命大為降低甚至損壞。解決方法是利用溫度補償電路來不斷減小LED的正向電流值，避免LED因溫度過高而損壞。

　　1 大功率LED溫度補償方案

　　如何最有效地保護高溫條件下工作的大功率LED，是急需解決的一個技術問題，這對延長大功率LED的使用壽命至關重要。解決大功率LED的過熱問題，主要有以下4種設計方案：

　　方案之一：通過合適的散熱器將LED芯片產生的熱量及時散發(fā)掉，使芯片的結溫降低。但該方案是在設計LED燈具時預先采取的一種解決辦法，并且必須給散熱能力留出足夠余量，在實際工作中很難保證達到既理想、又經濟的效果。

　　方案之二：利用LED驅動芯片內部的過熱保護電路關斷LED驅動器的輸出，迫使LED熄滅，達到降溫目的。該方案只是在極端情況下LED驅動芯片被迫采取的過熱保護措施，無法保證LED長期穩(wěn)定的工作。

　　方案之三：采用恒壓/恒流式（CV/CC）LED驅動器，其特點是當輸出電流達到規(guī)定值時通過電流控制環(huán)使維持恒定。此方案屬于被動的間接式過熱保護措施，因為恒壓/恒流控制電路是通過檢測輸出電流來啟動電流環(huán)的，與LED所處的環(huán)境溫度并沒有直接關系，所以不能根據LED的溫度來實時地調節(jié)輸出電流的大小。

　　方案之四：專門設計一個LED照明用溫度測控系統(tǒng)。但因成本過高，難以在LED照明領域大量推廣應用。

　　分析可知，給LED驅動器增加溫度補償功能是一種簡便易行的解決方案。溫度補償的基本原理是一旦出現異常情況使LED溫度過高時，LED驅動器能根據熱敏電阻器檢測到的溫度，自動降低輸出電流值，確保LED工作在安全區(qū)域之內，這就從根本上解決了LED過熱損壞或使用壽命降低的難題，從而大大提高了LED燈具的可靠性與安全性；當溫度降低到安全區(qū)域時，LED-~g動器的輸出電流能自動回升到正常值。顯然，這種帶溫度補償功能的LED驅動器芯片屬于具有自動實時控制的“智能化”芯片，它不僅代表了高端LED驅動器的發(fā)展方向，而且具有重要的實用價值。

　　2 大功率LED的溫度補償基本原理

　　最近問世的帶溫度補償LED驅動器可圓滿解決上述技術難題。其工作特點是當LED所處境溫度低于安全工作點溫度時，LED驅動器工作在恒流區(qū)；一旦超過安全工作點溫度，就立即進入溫度補償區(qū)，此時LED驅動器不僅能根據溫升自動調低輸出電流，還可通過電阻預先設定好安全工作點溫度和曲線的斜率。這種帶溫度補償的大功率LED~g動器輸出電流與LED所處環(huán)境溫度的關系曲線如圖1所示。這也是高端LED~g動器的一個顯著特點。美國矽恩（si—EN）微電子有限公司于2009年在世界上率先推出帶溫度補償的LED驅動器SN3352，其同類產品還有交/直流兩用的帶溫度補償可調光式HB-LED驅動控制器SN3910（需配外部功率開關管MOSFET），為實現大功率LED的溫度補償提供了便利條件。

　　與LED所處環(huán)境溫度的關系曲線隨著LED正向電流的減小是否會導致LED的亮度顯著降低，這種疑慮通常是不必要的。根據韋伯～費赫涅爾定律（Weber—Fechner），人眼的主觀亮度感覺與客觀亮度的變化量（可等效于白紙面上照度的變化量）呈對數關系，二者的關系曲線如圖2所示。由圖可見，當紙面上的照度從1O001x降低到1001x，即減小到原來的10%時，人眼感覺到亮度只變暗了50%（人眼的主觀亮度感覺從8降至4）。舉例說明，即使LED驅動電流從350mA減小到175mA，即減小到原來的50%，這會使客觀亮度降低；但經過取對數后人眼覺察到的亮度變化并不那么明顯。