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亚美:大功率LED驱动的温度补偿技术探讨

发布者: 亚美发布时间:2021-09-19

本文摘要:与其它的灯源比起,大功率LED不会产生相当严重的风扇问题,这主要是因为LED不通过红外电磁辐射展开风扇。

与其它的灯源比起,大功率LED不会产生相当严重的风扇问题,这主要是因为LED不通过红外电磁辐射展开风扇。一般而言,用作驱动LED的功耗有75%~85%最后切换为热能,过多的热量不会增加LED的光输入和产生偏色,加快LED老化。因此,热管理是LED系统设计最重要的一个方面。LED系统生产商通过谋求优化的散热器、高效印制电路板、低热导率外壳等来应付这一挑战。

但是,工程师们必须转变他们的理念,热管理并不是机械设计师的专利,电子工程师某种程度可以展开热管理设计。实践证明,通过电路构建温度补偿功能展开热管理是一个既经济又可信的方法。

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  温度补偿原理  一般而言,大功率LED的产品规格书中都会标明有所不同环境温度(或LED焊点的温度)下的最低允许输入电流(如图1)的曲线图。当周围温度高于安全性温度点,输入最低允许电流维持恒定;当低于安全性温度点,输入最低允许电流随周围温度增高而减少,即所谓的降额曲线。为保证LED的性能寿命不不受影响,必需确保LED工作在降额曲线与横、纵坐标轴所正弦的安全性区内。

    图1LED降额曲线  但是,目前大多数LED灯具生产商都将LED的驱动电流设计为不随温度变化的恒流源,因此,当LED周围温度低于安全性温度点时,工作电流就不出安全性区内,这将造成LED的寿命近高于规格书的数值甚至必要损毁。而LED周围温度过低是由LED自身痉挛造成,目前有两个办法可以解决问题这个问题。

  一种办法是用于导热性更佳的散热装置,增大LED芯片至环境的热阻,掌控LED内部温度不至比环境温度低过于多,但这必须较高的成本。此外,难以避免的问题是,当散热装置用于一段时间后在灯体外壳的散热片上沉积灰尘,以及铝合金基敷铜板上相连铜层和铝基板的介质层老化脱胶都将造成热阻较大幅地下降,造成整体风扇性能上升。另一种办法是使LED工作在安全区边际,这样既符合在安全性温度点内输入电流、输出功率工作在额定状态且恒定,而且在低于安全性温度点输入电流按比例上升展开胜补偿,确保LED使用寿命,这就是温度补偿的含义。

  数字温度传感器因应驱动器构建温度补偿  有些灯光产品必须一些智能控制,如一些高级路灯的应用于,这些系统往往用于单片机对整个系统展开监控和掌控。这时可利用原先的单片机控制系统重新加入温度补偿功能,即便在险恶的环境下,如夏日暴晒,系统内的温度仍能获得很好地掌控。    图2用于数字温度传感器构建的温度补偿系统。

  图2为此类系统驱动单路LED串的示意图。温度检测部分使用了矽恩微电子公司生产的高精度数字温度传感器SN1086,SN1086可以同时检测芯片本身温度,相等于间接检测PCB温度,又能检测远端三级管温度,若将三极管与LED一起焊在铝基板上之后可以检测铝基板温度。

SN1086将检测到的两种温度通过芯片内部的高精度Delta-SigmaADC展开模数转换,将温度的数字结果通过I2C总线的SDA数据线和SCL时钟线与单片机通信。当单片机拒绝接受到铝基板温度结果后与预设以定的安全性温度点阈值展开核对,当温度过低时启动温度补偿程序,通过PWM1按比例减少LED驱动器的输入电流。单片机同时监控PCB板温度,温度过低时通过PWM2信号线掌控风扇对PCB展开风扇,保证板上的元器件特别是在是电解电容的温度会过低。

  这种系统控制很大强化了系统的稳定性,并确保整体系统的使用寿命,实践证明系统内部温度获得很好地掌控,但硬件成本较高,适合于中高端领域的应用于。  DC-DC升压LED驱动器构建温度补偿  若能将温度补偿功能构建在芯片内部,这将很大减少用于成本和所占到空间。SN3352正是为了这个目的而设计出来的芯片,SN3352是升压型DC-DC恒流芯片,工作电压范围6~40V,输入电流约700mA,温度补偿并未启动时恒流性能优良,限于于驱动串联的1W或者3WLED灯。

SN3352不具备调光功能,通过转变ADJI插槽的仿真电压或者回应插槽产生PWM信号都能构建调光功能。SN3352内部构建了矽恩微电子自有专利技术的温度补偿电路,温度补偿功能必须外接一个普通电阻Rth用作设置温度补偿启动的温度点Tth和一个检测温度的负温度系数热敏电阻Rntc因应构建。

    图3SN3352驱动单路LED典型应用于图  SN3352通过RNTC插槽大大测量与LED焊在同一块铝基板的热敏电阻Rntc阻值,随着LED铝基板温度下降,当热敏电阻的阻值低至与相连在RTH插槽上的普通电阻Rth阻值大于时,温度补偿功能启动,输入电流将不会自动随温度增高而减少,由此可见,温度补偿启动的温度点Tth可以通过转变Rth阻值展开变更。而电流随温度减少的斜率可以通过自由选择有所不同B常数的热敏电阻来要求。

  输入电流的公式如下:  当Rntc》Rth时,温度补偿并未启动,输入电流维持恒定,大小由设置电流电阻Rs和ADJI插槽电压要求:    其中:VADJI为调光插槽ADJI插槽的电压,单位V,调光范围0.3V~1.2V,悬空时电压为1.2V;  当Rntc  其中:,R25为热敏电阻在25oC下的阻值,B为热敏电阻的B常数,热敏电阻特性主要由这两个参数要求;    根据输入补偿电流的结果,对有所不同的温度做到一组电流曲线,难于得出结论,即便把温度补偿启动的温度点Tth设置在较高温度,如100oC以上,电流随温度减少的斜率依然维持较高斜率。这区别于目前市面上其他的温度补偿方案,这些方案在较低温度维持较小的补偿斜率,而在较高温度补偿斜率大幅度上升,这有悖于LED降额曲线在高温斜率更为大的事实。因此SN3352在高温依然维持大的补偿斜率可以符合绝大多数LED降额曲线的补偿斜率,确保LED工作在安全性区内。


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