如何使用溫度傳感器在汽車照明中實(shí)現(xiàn)線性熱折返

溫度是汽車發(fā)光二極管(LED)前照燈和尾燈應(yīng)用中的一大問(wèn)題。LED可承受高環(huán)境溫度，同時(shí)在大電流下驅(qū)動(dòng)以產(chǎn)生必要的亮度。這些高環(huán)境溫度與大工作電流相結(jié)合，會(huì)使LED的結(jié)溫升高，通常僅額定溫度就高達(dá)150℃。結(jié)溫較高的情況下，特別是結(jié)溫與數(shù)據(jù)表規(guī)格不符時(shí)，可能會(huì)損壞LED并縮短LED壽命。那么，應(yīng)如何做來(lái)降低LED的結(jié)溫呢？

等式1表示每個(gè)LED消耗的電功率：

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

其中：TJ 是結(jié)溫，TA 是環(huán)境溫度，θJAP是以攝氏度每瓦測(cè)量的LED結(jié)環(huán)熱阻。

將電功率等式代入結(jié)溫方程可得到等式3：

LED正向電壓和熱阻都是LED封裝的特性。顯然，在不同的環(huán)境溫度下，LED電流是唯一的控制參數(shù)，其可驗(yàn)證LED結(jié)溫是否符合最大規(guī)格。

為了改變通過(guò)LED的電流，您需要將環(huán)境溫度測(cè)量值反饋至LED的驅(qū)動(dòng)電路。設(shè)計(jì)人員經(jīng)常使用負(fù)溫度系數(shù)（NTC）熱敏電阻來(lái)測(cè)量環(huán)境溫度。而這些NTC熱敏電阻會(huì)隨環(huán)境溫度的變化改變其電阻，因此設(shè)計(jì)人員需要測(cè)量NTC熱敏電阻兩端的電壓，然后將該測(cè)量值轉(zhuǎn)換為溫度。

然而，NTC熱敏電阻的一大問(wèn)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(huì)使溫度呈指數(shù)級(jí)升高。由于通過(guò)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(lái)線性化NTC熱敏電阻電壓，并正確地調(diào)節(jié)通過(guò)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(chǎn)生跟蹤環(huán)境溫度的電壓，使用該器件可以簡(jiǎn)化總體溫度測(cè)量電路，便于您實(shí)現(xiàn)線性熱折返曲線。溫度傳感器的輸出可直接反饋到產(chǎn)生LED用電流的器件中，而無(wú)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(lái)，需要的組件更少，且無(wú)需使用微控制器即可實(shí)現(xiàn)熱折返。

圖1中對(duì)NTC熱敏電阻和模擬溫度傳感器方法的使用進(jìn)行了對(duì)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。

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

圖2：LED驅(qū)動(dòng)器在整個(gè)溫度范圍內(nèi)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(lián)在一起（NTC熱敏電阻的B25/85值為3435K，R25為10kΩ），可計(jì)算出NTC熱敏電阻的電壓。

雖然不違反結(jié)溫非常重要，但熱折返會(huì)使LED的發(fā)光度發(fā)生改變。發(fā)光度實(shí)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(jié)溫非常高，但不能嚴(yán)重違反其最大規(guī)格，否則可能會(huì)導(dǎo)致亮度低于預(yù)期或需要的亮度。

決定LED發(fā)光度的另一大主要因素是照明模塊中使用的光學(xué)設(shè)備。因此，雖然熱折返需要線性運(yùn)行，您可能需要在不同位置鉗制曲線。在設(shè)計(jì)系統(tǒng)的熱折返功能時(shí)，必須將所有這些動(dòng)態(tài)因素考慮在內(nèi)。

審核編輯：郭婷