自恢復(fù)保險(xiǎn)絲在LED產(chǎn)品中的應(yīng)用電路

示例1：有反饋回路的恒流源

圖2中電路1為常用的驅(qū)動(dòng)電路。其恒流源包括一條反饋回路。當(dāng)調(diào)節(jié)電阻兩端的反饋電壓達(dá)到因IC而異的VFB時(shí)，LED電流就不變了。LED電流因而被穩(wěn)定在ILED=VFB/Rout。

圖2 LED的傳統(tǒng)驅(qū)動(dòng)方式

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(qū)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(jì)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(duì)最高運(yùn)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(dá)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(jiān)測(cè)和電流降頻

示例2：調(diào)節(jié)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(qū)動(dòng)IC的電阻得以確定。然而在這種情況下，調(diào)節(jié)電阻并未與LED串聯(lián)。Rset和ILED之間的比率由IC規(guī)格明確。因此，運(yùn)用20KΩ的串聯(lián)電阻和TLE4241G型驅(qū)動(dòng)IC，最終產(chǎn)生的LED電流為30mA。圖4所示為標(biāo)準(zhǔn)電路改良型，其中也含有一個(gè)PTC熱敏電阻，盡管此處采用WHPTC熱敏電阻。在感測(cè)溫度，元件電阻可達(dá)4.7KΩ，且容許誤差值為±5℃(標(biāo)準(zhǔn)系列)或±3℃(容許誤差值精確系列)。

圖4所示為隨外界溫度而變化的LED電流。固定電阻Rseries容許誤差范圍小，在低溫時(shí)支配總電阻。只有在低于PTC熱敏電阻的感測(cè)溫度大約15 K時(shí)，由于PTC熱敏電阻的阻值開(kāi)始增加，電流才會(huì)開(kāi)始下降。在感測(cè)溫度(總電阻=Rseries+RPTC=19.5KΩ+4.7KΩ=24.2KΩ)時(shí)的電流大約為23mA。PTC電阻在溫度更高時(shí)急劇上升，迅速引發(fā)斷路，從而避免因溫度過(guò)高出現(xiàn)故障。

圖4 無(wú)分流測(cè)量之溫度記錄

示例3：無(wú)IC簡(jiǎn)單驅(qū)動(dòng)電路

如圖2所示電路3，LED也可在無(wú)驅(qū)動(dòng)IC的情況下工作。圖示電路是通過(guò)車(chē)用電池驅(qū)動(dòng)單一200mA LED。穩(wěn)壓器生成5 V的穩(wěn)定電源電壓Vstab，以避免電源電壓出現(xiàn)波動(dòng)。LED在Vstab處運(yùn)作，電流則通過(guò)與LED串聯(lián)的電阻元件Rout決定。在這類(lèi)電路中，通過(guò)下一則等式可算出獨(dú)立于溫度的正向電流，在此等式中，VDiode是一個(gè)LED的正向電壓：

另一做法是將WHPTC的徑向引線(xiàn)式PTC熱敏電阻以及兩個(gè)固定電阻相組合后，替代上述固定電阻，如圖所示。

由于LED電流的絕大部分流經(jīng)PTC熱敏電阻本身，因此需要選擇一個(gè)較大的徑向引線(xiàn)式元件。PTC將因?yàn)榱鹘?jīng)電阻本身的電流而導(dǎo)致發(fā)熱，因此會(huì)一直減少電流，無(wú)論環(huán)境溫度為何(如圖5所示)。并聯(lián)兩個(gè)或更多片式PTC熱敏電阻會(huì)將電流分流，但此方案仍存在局限性。

圖5 無(wú)需IC的溫度補(bǔ)償驅(qū)動(dòng)電路

電流值主要是通過(guò)適當(dāng)選擇兩個(gè)固定電阻來(lái)設(shè)置的。這兩個(gè)電阻也在改進(jìn)電路方面也起到重要作用，因?yàn)樗鼈儗a(chǎn)生的LED正向電流的允差保持在較低水平。這在正常工作溫度范圍內(nèi)尤其重要，因?yàn)榇藭r(shí)PTC熱敏電阻本身的阻值允差仍較高。第二個(gè)并聯(lián)固定電阻也能確保PTC不會(huì)在極端高溫情況下徹底關(guān)閉LED，因此，電流不會(huì)降至低于下列等式計(jì)算的所得值：

這項(xiàng)性能在例如汽車(chē)電子這樣的應(yīng)用中極其重要，因?yàn)榘踩蟛辉试S照明燈徹底關(guān)閉。

背景資料：LED的溫度依賴(lài)性

像所有半導(dǎo)體一樣，LED的最高容許結(jié)點(diǎn)溫度不能超過(guò)，以免導(dǎo)致過(guò)早老化或者完全失效。如果結(jié)點(diǎn)溫度要保持在臨界值以下，那么外界溫度升高時(shí)，最高容許正向電流則必須下降。不過(guò)，如果運(yùn)用散熱器，在特定的外界溫度時(shí)正向電流可以增加。LED的光輸出隨著芯片結(jié)點(diǎn)溫度的升高而下降。上述情況主要發(fā)生在紅色和黃色LED，白色LED則與溫度關(guān)系較小。光照效率和正向電流保持同步增長(zhǎng)，不過(guò)，安裝在結(jié)層和環(huán)境之間的LED所具備的高熱阻率可以降低乃至逆轉(zhuǎn)這種作用，這是因?yàn)殡S著結(jié)點(diǎn)溫度的上升，發(fā)射光會(huì)降低。

此外，當(dāng)結(jié)點(diǎn)溫度上升且LED正向電壓與溫度保持同步增長(zhǎng)時(shí)，發(fā)射光的主波長(zhǎng)會(huì)以+0.1 nm / K的典型速率增長(zhǎng)。 各種白光LED驅(qū)動(dòng)電路特性評(píng)比 1996年，日亞化學(xué)的中村氏發(fā)現(xiàn)藍(lán)光LED之后，白光LED就被視為照明光源最具發(fā)展?jié)摿Φ慕M件，因此，有關(guān)白光LED性能的改善與商品化應(yīng)用，立即成為各國(guó)研究的焦點(diǎn)。目前,白光LED已經(jīng)分別應(yīng)用于公共場(chǎng)所的步道燈、汽車(chē)照明、交通號(hào)志、可攜式電子產(chǎn)品、液晶顯示器等領(lǐng)域。由于白光LED還具備豐富的三原色色溫與高發(fā)光效率的特性，一般認(rèn)為非常適用于液晶顯示器的背光照明光源，因此，各廠商陸續(xù)推出白光LED專(zhuān)用驅(qū)動(dòng)電路與相關(guān)組件。鑒于此，本文就LED專(zhuān)用驅(qū)動(dòng)電路的特性與今后的發(fā)展動(dòng)向進(jìn)行簡(jiǎn)單闡述。 1 定電流驅(qū)動(dòng)的理由

1.1 白光LED的光度以順向電流規(guī)范

白光LED的順向電壓通常被規(guī)范成20mA時(shí)，最小為3.0V，最大為4.0V，也就是若單純施加一定的順向電壓時(shí)，順向電流會(huì)作大范圍的變化。

圖1是從A、B兩家LED企業(yè)的產(chǎn)品中隨機(jī)取三種白光LED樣品進(jìn)行順向電壓與順向電流特性檢測(cè)的結(jié)果。根據(jù)檢測(cè)結(jié)果顯示，若利用3.4V順向電壓驅(qū)動(dòng)上述六種白光LED時(shí)，順向電流會(huì)在10~44mA范圍內(nèi)大幅變動(dòng)。表1為白光LED的電氣與光學(xué)特性。

由于白光LED的光度與色度是以定電流方式量測(cè)的，所以，為獲得預(yù)期的亮度與色度，通常是用定電流驅(qū)動(dòng)。

表2為光學(xué)坐標(biāo)的等級(jí)（rank）（IF=25mA，Ta=250C）。

1.2 避免順向電流超越容許電流值

為確保白光LED的可靠性，基本上就是需要設(shè)法避免順向電流超過(guò)白光LED的絕對(duì)最大設(shè)計(jì)值（定格值）。

圖2中，白光LED的定格最大順向電流為30mA，隨著周?chē)鷾囟鹊纳仙?，容許順向電流則持續(xù)衰減，如果周?chē)鷾囟葹?0℃，通常順向電流就不能超過(guò)20mA。此外，利用定電壓的驅(qū)動(dòng)方式不易控制流入LED的電流值，因此就無(wú)法維持LED的可靠性。

2 白光LED的驅(qū)動(dòng)方法

圖3是驅(qū)動(dòng)白光LED常用的四種電源電路；圖4是上述六種隨機(jī)取樣白光LED穩(wěn)定后的ReguLation精度特性。

圖4的測(cè)試結(jié)果顯示，ReguLator的負(fù)載特性出現(xiàn)在白光LED的VF角落上，即圖中的交叉點(diǎn)就是各白光LED的穩(wěn)定動(dòng)作點(diǎn)。

2.1 使用電壓ReguLator的驅(qū)動(dòng)方式

圖3（a）的電路分別使用可以控制LED電流的電壓ReguLator與BaLLast電阻，這種電路的優(yōu)點(diǎn)是電壓ReguLator種類(lèi)豐富，設(shè)計(jì)者可以選擇的自由度較大，而且與電壓ReguLator、LED的接點(diǎn)只有一點(diǎn)；缺點(diǎn)是BaLLast造成的電力損失會(huì)導(dǎo)致效率惡化。此外，LED的順向電流也無(wú)法獲得精密控制。

圖4（a）中可以看出，隨機(jī)取樣六個(gè)白光LED的順向電流，從14.2mA到18.4mA分布范圍非常廣，因此，A廠商LED的（平均值）順向電流高達(dá)2.0mA。相比之下，圖4（b）電路使用的ReguLator雖然有小型、低成本的優(yōu)點(diǎn)，缺點(diǎn)是可能會(huì)無(wú)法滿(mǎn)足性能與可靠性的要求，也就是說(shuō)本電路的實(shí)用性相對(duì)較弱。

2.2 使用定電流輸出的電壓ReguLator驅(qū)動(dòng)方式

圖3（b）的電路雖然可以使流入LED的所有電流穩(wěn)定化，不過(guò)為了匹配（Matching）各LED的電氣特性，電路中特別設(shè)置了一組BaLLast電阻。

圖3（b）中的MAX1910屬于定電流輸出型的電壓ReguLator，雖然本電路使用同廠商、同批號(hào)（Lot）的白光LED，獲得了極佳的匹配性，不過(guò)，在使用不同廠商與批號(hào)的LED時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)很大的特性差異分布。本電流Regu-Lator使用類(lèi)似圖3（a）的方式控制驅(qū)動(dòng)電流，不過(guò)它卻可以使BaLLast電阻的消費(fèi)電力降低一半左右。

圖4（b）的測(cè)試結(jié)果顯示，流