基于NTC電阻（負(fù)溫度系數(shù)）的簡(jiǎn)單電路解決方案

為了避免熱擊穿，LED照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員應(yīng)考慮組件的熱特性。這在汽車照明等應(yīng)用中尤其重要，在該應(yīng)用中，較高的環(huán)境溫度和較長(zhǎng)的工作時(shí)間會(huì)導(dǎo)致組件迅速老化。

汽車照明技術(shù)的發(fā)展（驅(qū)動(dòng)電流增加以及越來越小的封裝尺寸）使優(yōu)化散熱設(shè)計(jì)既困難又必要。較高的驅(qū)動(dòng)電流將結(jié)溫提高到無法充分優(yōu)化散熱的程度。因此，必須創(chuàng)造一種在溫度過高時(shí)降低LED電流的方法。

大多數(shù)汽車LED驅(qū)動(dòng)器都具有電流調(diào)光功能。但是，調(diào)光控制電路通常通過復(fù)雜的模擬或數(shù)字電路來控制，這在最終應(yīng)用中通常會(huì)占用大量空間，并增加整個(gè)系統(tǒng)成本。本文提出了一種基于NTC電阻（負(fù)溫度系數(shù)）的簡(jiǎn)單電路解決方案，該解決方案可根據(jù)溫度線性調(diào)節(jié)輸出電流。

圖1 MPQ2489 LED驅(qū)動(dòng)器IC使用DIM引腳實(shí)現(xiàn)PWM和模擬調(diào)光。資料來源：MPS

圖1電路電路設(shè)計(jì)用于在溫度低于70°C時(shí)在驅(qū)動(dòng)器中保持穩(wěn)定的標(biāo)稱輸出電流。如果電路超過溫度閾值，則輸出電流與溫度成準(zhǔn)線性關(guān)系，從而減小輸出電流以避免熱擊穿，當(dāng)LED達(dá)到約120°C的最高額定溫度時(shí)，該電流達(dá)到最小電流值。

感應(yīng)電路

作為示例，本文采用了MPQ2489-AEC1，這是一種60V，1 A汽車級(jí)降壓LED驅(qū)動(dòng)器，如圖1所示。該驅(qū)動(dòng)器同時(shí)實(shí)現(xiàn)了PWM和模擬調(diào)光，盡管在本應(yīng)用中僅使用后者。要使用模擬調(diào)光功能，必須在DIM引腳上施加0.3至2.5V的DC電壓。該電壓可以在250 mA和1.1 A之間線性調(diào)節(jié)LED電流（圖2）。當(dāng)直流電壓介于0.3至1.25V之間時(shí)，會(huì)產(chǎn)生250至550 mA之間的電流。

圖2該模擬調(diào)光曲線由MPQ2489-AEC1降壓LED驅(qū)動(dòng)器產(chǎn)生。資料來源：MPS

使用NTC熱敏電阻（TDK的NTCG164BH103JTDS）感測(cè)溫度，該熱敏電阻在分壓電阻器中實(shí)現(xiàn)。NTC電阻的變化會(huì)導(dǎo)致分壓器輸出端的電壓根據(jù)溫度而變化。這會(huì)偏移DIM引腳上的電壓，從而改變輸出電流。

DIM引腳上施加的標(biāo)稱電壓由1.25V基準(zhǔn)電壓設(shè)置。這樣可確保在低于70°C閾值的溫度下提供穩(wěn)定的輸入電壓。此外，電阻分壓器的電源電壓使用250mW齊納二極管固定在6.2V。

當(dāng)器件處于70°C或更低溫度時(shí)，參考電壓提供的1.25V電壓會(huì)限制DIM輸入，并且LED會(huì)提供550 mA的電流。一旦溫度超過70°C閾值，電阻分壓器輸出就會(huì)降至1.25V以下。然后，DIM輸入遵循電阻分壓器配置文件，隨著溫度持續(xù)升高，這會(huì)減小LED驅(qū)動(dòng)電流。

仿真可用于估算電路的運(yùn)行情況。此示例的仿真結(jié)果表明，DIM電壓在高達(dá)溫度閾值的1.25V處穩(wěn)定，然后呈指數(shù)下降，直到溫度達(dá)到120°C時(shí)達(dá)到0.3V的最小輸出（圖3）。

圖3降壓LED驅(qū)動(dòng)器執(zhí)行的模擬調(diào)光的模擬結(jié)果。資料來源：MPS

該系統(tǒng)的一個(gè)缺點(diǎn)是，按照Steinhart-Hart公式（由公式1計(jì)算），NTC電阻如何隨溫度變化：

計(jì)算NTC電阻的公式

Steinhart-Hart方程表明溫度與NTC電阻值之間的關(guān)系是非線性的，因此電阻分壓器與溫度也具有非線性關(guān)系。因此，由于溫度引起的電流減小也是非線性的?？梢允褂霉?估算這種下降：

計(jì)算溫度引起的電流下降的方程式

盡管如此，該電路還是提供了一種小型且簡(jiǎn)單的解決方案來減小高溫下的LED驅(qū)動(dòng)電流，從而提高了這些組件的預(yù)期壽命。

結(jié)果驗(yàn)證

為了測(cè)試電路性能，構(gòu)建了一個(gè)系統(tǒng)來模擬現(xiàn)實(shí)世界的用例（圖4）。 一個(gè)3Ω電阻替代LED，該電阻通過在兩極之間施加電壓差來加熱。然后，選擇的NTC是用導(dǎo)熱膏固定在電阻器上，以確保最大程度地準(zhǔn)確地檢測(cè)電阻器/溫度。最后，NTC連接到設(shè)計(jì)的電路。通過改變電阻器的溫度（掃描提供給它的功率），獲得了DIM電壓曲線。

圖4創(chuàng)建測(cè)試設(shè)置是為了模擬現(xiàn)實(shí)世界用例（例如汽車燈）的模擬調(diào)光，該測(cè)試系統(tǒng)是為模擬現(xiàn)實(shí)用例而構(gòu)建的。資料來源：MPS

該測(cè)試是在25°C至145°C的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行的。圖5顯示達(dá)到了預(yù)期的電路性能。當(dāng)溫度低于74°C（接近估計(jì)的70°C閾值）時(shí)，電路的輸出電壓（VDIM）保持穩(wěn)定在1.25V。超過此溫度，電壓在145°C下降至0.25V。

圖5測(cè)試結(jié)果顯示了調(diào)光電壓隨溫度的變化 來源：MPS

圖6顯示，當(dāng)LED溫度低于74°C時(shí)，獲得的驅(qū)動(dòng)電流設(shè)置為100％。一旦溫度超過該值，驅(qū)動(dòng)電流就會(huì)變小，LED變暗，以減少散熱并抵消溫度上升的影響。該測(cè)試以及圖5中所示的測(cè)試確認(rèn)了設(shè)計(jì)的預(yù)期功能。通過成功限制高溫下的輸出電流，可以保護(hù)電路組件免受熱損壞。

圖6測(cè)試結(jié)果顯示驅(qū)動(dòng)電流與溫度的關(guān)系 資料來源：MPS

本文演示了電路的實(shí)現(xiàn)方式如何通過使用簡(jiǎn)單的感應(yīng)電路和大多數(shù)LED驅(qū)動(dòng)器中預(yù)先存在的調(diào)光功能來控制LED的驅(qū)動(dòng)電流。該解決方案為汽車照明系統(tǒng)制造商提供了穩(wěn)定，具有成本效益的選擇，可以顯著增加電路中組件的預(yù)期壽命，同時(shí)僅占用很少的電路板空間。本文中提出的電路可以相對(duì)容易地和廉價(jià)的材料清單應(yīng)用于許多現(xiàn)有的照明系統(tǒng)。

Xavier Ribas和Tomas Hudson是Monolithic Power Systems（MPS）的應(yīng)用工程師

編輯：hfy