如何實現(xiàn)LED照明設備過熱保護？

　　隨著LED照明設備（發(fā)光二極管）的性能不斷提高，價格日漸低廉，其市場也迅速擴大。LED照明設備已實現(xiàn)了低價化，然而，與傳統(tǒng)的白熾燈，熒光燈相比，作為照明設備的實績?nèi)匀磺芳?，人們指出其安全性的課題。雖然LED具有高效照明，低耗電的特點，但是作為高亮度的LED元件本身卻處于異常的高溫狀態(tài)。

　　本文將介紹使用村田制作所的陶瓷PTC熱敏電阻“POSISTOR”來簡單實現(xiàn)LED照明設備過熱保護的方法，能夠達到低成本，提高LED照明設備的安全性。

　　演示板說明

　　圖1：村田制作所展出的發(fā)光二極管（LED）演示板

　　在該LED演示板上裝載5個表面貼裝型LED，在其正下方的電路板背面配置了小型陶瓷加熱器。液晶顯示器顯示LED附近的電路板溫度。右下方的照片表示電路板背面的加熱器對LED進行強制加熱。LED附近的溫度達到80℃以上，過熱的LED亮度大幅度下降。這是由于LED附近安裝的PTC熱敏電阻“POSISTOR”的作用，流過LED的電流受到限制。

　　這樣，在LED本身異常發(fā)熱或因外部原因使LED周圍溫度異常升高時，通過降低LED的亮度，可防止LED繼續(xù)不斷地發(fā)熱，從而防止照明設備的冒煙、燃燒等嚴重事態(tài)的發(fā)生。

　　圖2是此類LED演示板的電路示意圖。在5個并聯(lián)的LED上施加了恒定電壓5V。通過雙晶體管，在LED上串聯(lián)固定電阻（R）和“POSISTOR”（RPTC），其合成電阻（R和RPTC）則限定了流過LED的最大電流。晶體管具有的作用是：控制“A”的電位，由此接通及斷開流過LED的電流，并且依靠PWM控制進行LED的亮度調(diào)節(jié)。

　　在“A”的電位為“ON”時，在雙晶體管的“TR2”的基極和發(fā)射極之間的電壓（VBE）約固定為0.7V左右。因此，流過LED的電流（ILED ）的數(shù)值僅根據(jù)串聯(lián)電阻（R+RPTC）而決定。例如，在溫度為250℃時，電阻（R十RPTC）為3. 5Ω，LED的電流就為200mA。

　　為什么一旦達到高溫，圖1右側LED的亮度就會大幅度下降呢？我們通過圖3來進行一下解釋。

　　圖3：相對“POSISTOR”試制件的電阻溫度特性和溫度的LED電流

　　裝在LED演示板上的是貼片型“POSISTOR”試制品，當溫度達到25℃時的電阻值為0.5Ω。“POSISTOR”是一種具有正溫度系數(shù)特性的陶瓷熱敏電阻。它的特點是在特定的溫度下其電阻值可快速增加1000倍以上。該“POSISTOR”試制品的電阻和溫度特性曲線如左圖所示。由于在LED演示板上，3.0Ω的固定電阻（R）和“POSISTOR”的電阻（（RPTC）串聯(lián)，其等效電阻（R十RPTC）也會隨溫度產(chǎn)生變化。

　　該等效電阻決定流過LED的電流（ILED）。如右圖表所示，如果溫度為40℃以下，LED電流大致恒定，約為200mA。如果溫度超過40℃以上，通過LED的電流被有效限制，在80℃時達到40mA以下。

　　只要在決定LED電流的限流電阻加上“POSISTOR”，就能夠構筑此類過熱保護結構。即使LED因某些原因處于高溫狀態(tài)，如果具備此類過熱保護結構，LED就不會在處于高亮度點亮狀態(tài)下進一步發(fā)熱。采用這種簡單的方法，可防止LED引起冒煙、燃燒等嚴重事態(tài)的發(fā)生。無需采用復雜的溫度檢測功能及判定用邏輯元件，以及LED的電流控制功能。

　　但是，即使在高溫時，也并非完全切斷電流，還是有一定程度的電流（例如，在80 ℃時，約40mA）流過LED。像照明設備一樣，有時燈光完全熄滅卻反而有危險，所以，該特點最為適合。

　　并且，對普通LED元件將相對環(huán)境溫度的容許電流作為標準予以強調(diào)。如果工作電流超過該容許電流，則會趨于劣化，降低壽命。如果按圖3右圖所示能夠限制電流，則能夠達到與LED元件的允許電流曲線一致的電流控制。

　　上例僅為采用“POSISTOR”的試制件。目前，村田制作所正在致力于開發(fā)在形狀、電阻值、使電阻值上升的溫度點等參數(shù)上最適合LED照明設備的“POSISTOR”。