LED的过温监测与过温保护电路设计_技术

摘要：大功率LED灯的散热仍然是LED照明行业发展的瓶颈。若散热问题得不到解决，将会使LED灯的温度上升，导致其发光亮度减弱、使用寿命缩短。因此加强对LED的过温监测与过温保护电路设计是十分必要的。

0 引言

LED照明灯具具有节能省电、高效、环保、寿命长等优点，LED 照明灯具将逐渐取代白炽灯及荧光灯。若LED照明灯具走向全世界，其必将成为一个海量的产品。显然，不断地提高LED的输入功率与发光效率是实现其成为通用照明方式的必由之路。

对于LED灯特别是大功率LED路灯，如果热设计做得不好，LED结点温度高，就会造成可逆性光衰和不可恢复的永久性光衰，影响LED灯具的性能和寿命。为了增加LED灯具可靠性，驱动电源的性能及可靠性有待提高。大量实践表明，LED不能加大输入功率的基本原因，是由于LED在工作过程中会放出大量的热，使管芯结温迅速上升，输入功率越高，发热效应越大。温度的升高将导致器件性能的变化与衰减，甚至失效。本文对LED驱动电路进行了过温保护电路设计，从而降低了LED的光衰现象，并提高了LED的使用寿命。

1 LED过温保护电路原理

1.1 集成电路

MBI1801是立即开关的驱动IC，也是专为高功率LED设计的驱动IC.MBI1801提供了一个恒电流输出通道及高输出电流能力，可通过一外接电阻（Rext）设定MBI1801电流，电流输出范围从50 mA~1 200 mA，用以控制LED的发光亮度，此外亦可通过输入PWM 讯号控制LED明亮度。为确保应用产品的可靠度，MBI1801内建温度感应器与过热保护（TP，Thermal ProtecTIon）功能。温度感应器可侦测MBI1801的温度状态；当MBI1801温度超过165℃时，过热保护功能会关闭电流，防止驱动器的温度过高。MBI1801已在TO-265封装体上增加散热能力，以达到安全处理高输出电流。

芯片特点：恒流输出值不受输出端负载电压影响；大恒流输出范围值：1.2 A;利用一个外接电阻，可调整电流输出值；内建过热保护装置； *** 作电压：5 V;“无铅环保”包装，加置散热片。

产品应用：高亮度LED照明；红外线LED 摄影机。

1.2 电路工作原理

图1为MBI1801搭配LED过温保护电路。

MBI1801 需要外设一个电阻（REXT）以确定LED预设电流，MBI1801所要使用的电阻此处用一个电位器POT1来替代，该电位器的标称值计算方法为：

在一些常见的设计中REXT常用两个电阻串联进行分压，从而得到过温保护线路中的U1.此时的U1是一个定值，一旦确定R2的阻值，过温保护电路只能设定一个过温保护点，为了提高电路对外界环境的适应能力，可以将过温保护点设置成可调节的温度，于是此处选用一个电位器代替两个串联的电阻。

负温度系数传感器RT可接到LED 板上感测LED的温度。当LED的温度升高时，热敏电阻的阻值会随之降低，此时U2电压也会随之升高。当U2电压超过U1的电压值时，二极管VD2导通，U1的电位会被拉高，此时的LED电流计算公式为：

在式（1）、（2）、（3）中，UVD2为正向电压，ILED为LED电流，UR-EXT为MBI1801 R-EXT 引脚的电压。

LED电流会开始下降直到温度平衡，反之亦然。

U1的电压可以通过电位器设定，该电压一旦确定，线路的启动电压也随之而确定。

二极管VD2的作用在于当U2《U1时，U1不会受U2影响。如果VD2的正向电压高就会产生额外的误差，在此选择正向压降较小的肖特基二极管。

2 设计过程

2.1 定义负温度系数热敏电阻阻值变化曲线

负温度系数热敏电阻简称为NTC.使用温度范围：-40 ℃ ~125 ℃。电阻值随温度升高而变小。

100 kΩ负温度系数热敏电阻值对温度的变化曲线如图2所示。

2.2 确定电位器POT1

LED选用4串4并的连接方式，其输入电压为13.5 V，LED的电流为1.2 A.由于MBI801 R-EXT引脚的电压UR-EXT等于1.251 V，因此MBI801所使用的电位器为

所以此处选择1 kΩ的电位器。

2.3 确定电阻R2

在确定R2之前，必须先确定一个过温度电路中的电压U1，可调整电位器使其电压值为1.025 V.假如过温度保护点的温度为85℃，当温度超过85℃时，LED过温保护电路开始工作，LED电流开始下降。从图2负温度系数电阻阻值对温度的变化曲线上，可以找到温度为85℃ 时对应的热敏电阻的阻值为7.92 kΩ。U2=U1，可得R2的阻值为：