大功率LED的溫度補(bǔ)償原理

引言

　　當(dāng)LED所處環(huán)境溫度高于安全工作點(diǎn)溫度時(shí)，LED的正向電流就會(huì)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(bǔ)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(bǔ)償方案

　　如何最有效地保護(hù)高溫條件下工作的大功率LED，是急需解決的一個(gè)技術(shù)問題，這對(duì)延長大功率LED的使用壽命至關(guān)重要。解決大功率LED的過熱問題，主要有以下4種設(shè)計(jì)方案：

　　方案之一：通過合適的散熱器將LED芯片產(chǎn)生的熱量及時(shí)散發(fā)掉，使芯片的結(jié)溫降低。但該方案是在設(shè)計(jì)LED燈具時(shí)預(yù)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(shí)際工作中很難保證達(dá)到既理想、又經(jīng)濟(jì)的效果。

　　方案之二：利用LED驅(qū)動(dòng)芯片內(nèi)部的過熱保護(hù)電路關(guān)斷LED驅(qū)動(dòng)器的輸出，迫使LED熄滅，達(dá)到降溫目的。該方案只是在極端情況下LED驅(qū)動(dòng)芯片被迫采取的過熱保護(hù)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(qū)動(dòng)器，其特點(diǎn)是當(dāng)輸出電流達(dá)到規(guī)定值時(shí)通過電流控制環(huán)使維持恒定。此方案屬于被動(dòng)的間接式過熱保護(hù)措施，因?yàn)楹銐?恒流控制電路是通過檢測輸出電流來啟動(dòng)電流環(huán)的，與LED所處的環(huán)境溫度并沒有直接關(guān)系，所以不能根據(jù)LED的溫度來實(shí)時(shí)地調(diào)節(jié)輸出電流的大小。

　　方案之四：專門設(shè)計(jì)一個(gè)LED照明用溫度測控系統(tǒng)。但因成本過高，難以在LED照明領(lǐng)域大量推廣應(yīng)用。

　　分析可知，給LED驅(qū)動(dòng)器增加溫度補(bǔ)償功能是一種簡便易行的解決方案。溫度補(bǔ)償?shù)幕?a class="contentlabel" href="http://butianyuan.cn/news/listbylabel/label/原理">原理是一旦出現(xiàn)異常情況使LED溫度過高時(shí)，LED驅(qū)動(dòng)器能根據(jù)熱敏電阻器檢測到的溫度，自動(dòng)降低輸出電流值，確保LED工作在安全區(qū)域之內(nèi)，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(dāng)溫度降低到安全區(qū)域時(shí)，LED-~g動(dòng)器的輸出電流能自動(dòng)回升到正常值。顯然，這種帶溫度補(bǔ)償功能的LED驅(qū)動(dòng)器芯片屬于具有自動(dòng)實(shí)時(shí)控制的“智能化”芯片，它不僅代表了高端LED驅(qū)動(dòng)器的發(fā)展方向，而且具有重要的實(shí)用價(jià)值。

　　2 大功率LED的溫度補(bǔ)償基本原理

　　最近問世的帶溫度補(bǔ)償LED驅(qū)動(dòng)器可圓滿解決上述技術(shù)難題。其工作特點(diǎn)是當(dāng)LED所處境溫度低于安全工作點(diǎn)溫度時(shí)，LED驅(qū)動(dòng)器工作在恒流區(qū)；一旦超過安全工作點(diǎn)溫度，就立即進(jìn)入溫度補(bǔ)償區(qū)，此時(shí)LED驅(qū)動(dòng)器不僅能根據(jù)溫升自動(dòng)調(diào)低輸出電流，還可通過電阻預(yù)先設(shè)定好安全工作點(diǎn)溫度和曲線的斜率。這種帶溫度補(bǔ)償?shù)拇蠊β蔐ED~g動(dòng)器輸出電流與LED所處環(huán)境溫度的關(guān)系曲線如圖1所示。這也是高端LED~g動(dòng)器的一個(gè)顯著特點(diǎn)。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(bǔ)償?shù)腖ED驅(qū)動(dòng)器SN3352，其同類產(chǎn)品還有交/直流兩用的帶溫度補(bǔ)償可調(diào)光式HB-LED驅(qū)動(dòng)控制器SN3910（需配外部功率開關(guān)管MOSFET），為實(shí)現(xiàn)大功率LED的溫度補(bǔ)償提供了便利條件。

　　與LED所處環(huán)境溫度的關(guān)系曲線隨著LED正向電流的減小是否會(huì)導(dǎo)致LED的亮度顯著降低，這種疑慮通常是不必要的。根據(jù)韋伯～費(fèi)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(duì)數(shù)關(guān)系，二者的關(guān)系曲線如圖2所示。由圖可見，當(dāng)紙面上的照度從1O001x降低到1001x，即減小到原來的10%時(shí)，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(qū)動(dòng)電流從350mA減小到175mA，即減小到原來的50%，這會(huì)使客觀亮度降低；但經(jīng)過取對(duì)數(shù)后人眼覺察到的亮度變化并不那么明顯。