NTC熱敏電阻在LED照明系統(tǒng)中應(yīng)用分析

與任何其他半導(dǎo)體器件一樣，高亮度，高功率LED（HBLED）會產(chǎn)生熱量。眾所周知，高溫可以顯著縮短HBLED的壽命并對亮度產(chǎn)生負(fù)面影響，因此需要進(jìn)行溫度控制。然而，為了控制溫度，設(shè)計(jì)者首先需要確定如何監(jiān)控LED管芯的溫度，這正是LED照明系統(tǒng)中負(fù)溫度系數(shù)（NTC）熱敏電阻的作用。

不同的溫度傳感器件，包括二極管，片上傳感器，正溫度系數(shù)（PTC）熱敏電阻和電阻溫度檢測器（RTD），可用于LED照明應(yīng)用，以保護(hù)HBLED免于過熱。然而，在許多這些應(yīng)用中，NTC熱敏電阻通常是溫度傳感和控制的首選，主要是因?yàn)樗鼈兊姆庋b尺寸小且具有吸引力的性價比。

將NTC熱敏電阻與不同的溫度傳感解決方案進(jìn)行比較，Vishay非線性電阻器應(yīng)用支持和設(shè)計(jì)高級經(jīng)理Bruno Van Beneden指出，二極管精度低，溫度范圍有限;片上傳感器具有更高的成本和有限的溫度范圍; PTC熱敏電阻在非常有限的溫度范圍內(nèi)具有有限的精度，并且RTD通常成本太高，Ni薄膜RTD可能除外。

NTC熱敏電阻對溫度變化的敏感度，即使是小幅增加，也能使該器件用于溫度傳感/控制應(yīng)用。這些器件允許LED在整個溫度范圍內(nèi)承受更高的電流（通過補(bǔ)償），以提高LED的使用壽命?？梢酝ㄟ^NTC熱敏電阻根據(jù)環(huán)境溫度控制電流，如圖1所示。

圖1：NTC熱敏電阻可以通過感應(yīng)溫度控制電流，是用于過熱警報和關(guān)機(jī)功能。 （由Panasonic提供）

“NTC熱敏電阻允許HBLED在給定的使用壽命內(nèi)以其全部工作能力使用，這意味著在較低的環(huán)境溫度下電流較高，在溫度升高時適應(yīng)較低的電流以增加壽命仍然保證良好的流明輸出，“Vishay的Van Beneden解釋道。

NTC熱敏電阻有多種封裝選擇，可以兼容LED基板和LED驅(qū)動電路在物理上分開的遙感應(yīng)用，以及LED驅(qū)動基板組合應(yīng)用。

一些例子表明，表面貼裝和引線NTC熱敏電阻都可以在遠(yuǎn)程和緊湊型LED照明應(yīng)用中找到家。

如果LED和控制電路靠近安裝在一起，例如在小型LED燈中，設(shè)計(jì)人員通常會選擇SMD器件并將其安裝在非常靠近控制電路的位置。在這個例子中，NTC熱敏電阻對溫度變化作出快速反應(yīng)以控制電路。請記住，傳感器越小，加熱它們所需的能量就越少。

NTS SMD，如Vishay的NTCS0805E3，NTCS0603E3和NTCSMELFE3器件以及Panasonic的ERT-J系列，可用于這些小型應(yīng)用，直接安裝在印刷電路板（PCB）或基板上。這些SMD器件通常用于驅(qū)動器和LED位于一個受限區(qū)域的應(yīng)用中。熱敏電阻必須靠近LED，以便它們能夠感應(yīng)LED溫度。

“使用NTC熱敏電阻，您可以更接近LED的允許電流曲線，從而在保持LED壽命的同時實(shí)現(xiàn)更高的亮度，”Leonard A.（Len）Metzger，高級美國松下工業(yè)設(shè)備銷售公司的無源電子元件應(yīng)用工程師（圖2）。

圖2：模擬兩個電路，有無電路NTC熱敏電阻，帶有熱敏電阻的電路2可以為LED提供更高的電流溫度。 （由Panasonic提供）

如果控制電路與LED基板分開，例如在更大的照明外殼中取代管發(fā)光（TL）燈，設(shè)計(jì)人員可能會選擇需要與長引線連接的遠(yuǎn)程傳感器。對于該解決方案，NTC具有一些優(yōu)勢，因?yàn)樗鼈兙哂性S多安裝選項(xiàng)，并且作為小型設(shè)備，它們對溫度變化的反應(yīng)非常快，使其成為更好的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)選擇之一。

在任何情況下，傳感器都需要安裝在靠近產(chǎn)生熱量的LED基板上。這種類型的設(shè)計(jì)可以使用表面安裝或引線部件，用螺釘，膠水或熱粘合到基板上。

設(shè)計(jì)人員還需要考慮NTC熱敏電阻的電阻范圍和容差，電阻溫度系數(shù)（溫度靈敏度）和溫度精度。

根據(jù)Van Beneden的說法，在遠(yuǎn)程應(yīng)用中，根據(jù)基板或安裝平臺的尺寸，溫度也需要以良好的精度進(jìn)行檢查，并至少遵循相同的溫度升高。 Vishay的mini Lug NTCALUG03非常適合這些應(yīng)用。在溫度上升超過+ 2°C/s后，該設(shè)備速度很快，并且該溫度在2°C至3°C的限制范圍內(nèi)是準(zhǔn)確的。

Van Beneden補(bǔ)充說，SMD NTC也可用于并安裝在LED裸片基板上，以遠(yuǎn)程感知最關(guān)鍵的溫度區(qū)域。

Vishay建議尋找具有中等至精度（+/- 2°C至+/- 5°C）的設(shè)備，這對于良好的絕對溫度傳感和安全操作的HBLED非常重要。

安裝選項(xiàng)

NTC熱敏電阻有多種安裝選擇。它們可以用螺絲，膠合，壓制或粘合。 NTC熱敏電阻與LED基板的連接非常重要，因?yàn)樗苯优c傳感精度和響應(yīng)時間有關(guān)。例如，NTC熱敏電阻與基板粘合的方式會影響兩者之間的熱阻。 Van Beneden說：“與電路板或基板的電氣和熱連接以及傳感器相對于LED管芯的確切位置對于精度，響應(yīng)時間和熱梯度非常重要?！?/p>

在理想情況下無法安裝傳感器的情況下，“某些邏輯總是可以考慮一些放置問題，”Van Beneden指出。

設(shè)計(jì)師的一個警告是，NTC熱敏電阻供應(yīng)商并非都在其產(chǎn)品組合中提供相同的組件。與其他無源元件不同，數(shù)據(jù)表并不總是提供相同的值，在這種情況下是電阻值，這使得系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員的工作有點(diǎn)棘手。然而，許多LED驅(qū)動器制造商將在其應(yīng)用說明中指出NTC熱敏電阻的要求，例如100kΩ，具有一定的B值。

NTC熱敏電阻參考電阻值取決于驅(qū)動器邏輯和使用情況，但大多數(shù)情況下可選擇10kΩ至100kΩ。 Van Beneden表示，這取決于安全的工作溫度范圍以及該范圍內(nèi)所需的精度/穩(wěn)定性。