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如何做來降低LED的結溫

電子設計 ? 來源:網友電子設計發布 ? 作者:網友電子設計發布 ? 2021-12-23 17:28 ? 次閱讀

溫度是汽車發光二極管(LED)前照燈和尾燈應用中的一大問題。LED可承受高環境溫度,同時在大電流下驅動以產生必要的亮度。這些高環境溫度與大工作電流相結合,會使LED的結溫升高,通常僅額定溫度就高達150℃。結溫較高的情況下,特別是結溫與數據表規格不符時,可能會損壞LED并縮短LED壽命。那么,應如何做來降低LED的結溫呢?

等式1表示每個LED消耗的電功率:

pYYBAGGKWuaAblWdAAAGLYRq7yg091.jpg

其中:Vf 是LED的正向電壓,ILED是通過LED的電流。等式2是結溫的通式:

poYBAGGKWuiAAL-NAAAICdHfrQ8548.jpg

其中:TJ 是結溫,TA 是環境溫度,θJAP是以攝氏度每瓦測量的LED結環熱阻。

將電功率等式代入結溫方程可得到等式3:

pYYBAGGKWuqAdb2wAAAJp5mlRDE652.jpg

LED正向電壓和熱阻都是LED封裝的特性。顯然,在不同的環境溫度下,LED電流是唯一的控制參數,其可驗證LED結溫是否符合最大規格。

為了改變通過LED的電流,您需要將環境溫度測量值反饋至LED的驅動電路。設計人員經常使用負溫度系數(NTC)熱敏電阻來測量環境溫度。而這些NTC熱敏電阻會隨環境溫度的變化改變其電阻,因此設計人員需要測量NTC熱敏電阻兩端的電壓,然后將該測量值轉換為溫度。

然而,NTC熱敏電阻的一大問題在于其電阻隨著溫度的升高而非線性地減小。此外,由于電阻非線性地減小,其電流消耗會使溫度呈指數級升高。由于通過LED的電流與溫度成線性比例,因此擁有非線性器件需要一些外部電路或微控制器來線性化NTC熱敏電阻電壓,并正確地調節通過LED的電流。

TI LMT87-Q1等模擬輸出溫度傳感器集成電路(IC)能夠產生跟蹤環境溫度的電壓,使用該器件可以簡化總體溫度測量電路,便于您實現線性熱折返曲線。溫度傳感器的輸出可直接反饋到產生LED用電流的器件中,而無需加裝外部電路或微控制器以使NTC熱敏電阻輸出線性化。這樣一來,需要的組件更少,且無需使用微控制器即可實現熱折返。

圖1中對NTC熱敏電阻和模擬溫度傳感器方法的使用進行了對比。圖2所示為NTC熱敏電阻電壓相較于LMT87-Q1輸出電壓的非線性。

poYBAGGKWuyAGjIxAACpbpbcAA4352.png

圖1:NTC熱敏電阻熱折返與模擬溫度傳感器熱折返解決方案

pYYBAGGKWu6AJJXWAAEgcQ5SKxY458.png

圖2:LED驅動器在整個溫度范圍內的電壓輸入

圖2所示為NTC熱敏電阻兩端的電壓與LMT87的輸出電壓之間的差異。將NTC熱敏電阻與10kΩ的電阻器串聯在一起(NTC熱敏電阻的B25/85值為3435K,R25為10kΩ),可計算出NTC熱敏電阻的電壓。

雖然不違反結溫非常重要,但熱折返會使LED的發光度發生改變。發光度實際上就是LED的亮度。LED具有稱為熱滾降的特性,該特性基本上是在高溫下降低的光效率。因此,雖然允許LED的結溫非常高,但不能嚴重違反其最大規格,否則可能會導致亮度低于預期或需要的亮度。

決定LED發光度的另一大主要因素是照明模塊中使用的光學設備。因此,雖然熱折返需要線性運行,您可能需要在不同位置鉗制曲線。在設計系統的熱折返功能時,必須將所有這些動態因素考慮在內。

欲了解有關線性熱折返的更多信息和使用TI模擬溫度傳感器更改熱折返曲線的簡單方法,請參見TI汽車日間行車燈(DRL)具有線性熱折返功能的LED驅動器參考設計TI設計(TIDA-01382)。

審核編輯:何安

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