LED的過溫監測與過溫保護電路設計

摘要：大功率LED燈的散熱仍然是LED照明行業發展的瓶頸。若散熱問題得不到解決，將會使LED燈的溫度上升，導致其發光亮度減弱、使用壽命縮短。因此加強對LED的過溫監測與過溫保護電路設計是十分必要的。

0 引言

LED照明燈具具有節能省電、高效、環保、壽命長等優點，LED 照明燈具將逐漸取代白熾燈及熒光燈。若LED照明燈具走向全世界，其必將成為一個海量的產品。顯然，不斷地提高LED的輸入功率與發光效率是實現其成為通用照明方式的必由之路。

對于LED燈特別是大功率LED路燈，如果熱設計做得不好，LED結點溫度高，就會造成可逆性光衰和不可恢復的永久性光衰，影響LED燈具的性能和壽命。為了增加LED燈具可靠性，驅動電源的性能及可靠性有待提高。大量實踐表明，LED不能加大輸入功率的基本原因，是由于LED在工作過程中會放出大量的熱，使管芯結溫迅速上升，輸入功率越高，發熱效應越大。溫度的升高將導致器件性能的變化與衰減，甚至失效。本文對LED驅動電路進行了過溫保護電路設計，從而降低了LED的光衰現象，并提高了LED的使用壽命。

1 LED過溫保護電路原理

1.1 集成電路

MBI1801是立即開關的驅動IC，也是專為高功率LED設計的驅動IC.MBI1801提供了一個恒電流輸出通道及高輸出電流能力，可通過一外接電阻（Rext）設定MBI1801電流，電流輸出范圍從50 mA~1 200 mA，用以控制LED的發光亮度，此外亦可通過輸入PWM 訊號控制LED明亮度。為確保應用產品的可靠度，MBI1801內建溫度感應器與過熱保護（TP，Thermal Protection）功能。溫度感應器可偵測MBI1801的溫度狀態；當MBI1801溫度超過165℃時，過熱保護功能會關閉電流，防止驅動器的溫度過高。MBI1801已在TO-265封裝體上增加散熱能力，以達到安全處理高輸出電流。

芯片特點：恒流輸出值不受輸出端負載電壓影響；大恒流輸出范圍值：1.2 A;利用一個外接電阻，可調整電流輸出值；內建過熱保護裝置；操作電壓：5 V;“無鉛環?！卑b，加置散熱片。

產品應用：高亮度LED照明；紅外線LED 攝影機。

1.2 電路工作原理

圖1為MBI1801搭配LED過溫保護電路。

LED的過溫監測與過溫保護電路設計

MBI1801 需要外設一個電阻（REXT）以確定LED預設電流，MBI1801所要使用的電阻此處用一個電位器POT1來替代，該電位器的標稱值計算方法為：

在一些常見的設計中REXT常用兩個電阻串聯進行分壓，從而得到過溫保護線路中的U1.此時的U1是一個定值，一旦確定R2的阻值，過溫保護電路只能設定一個過溫保護點，為了提高電路對外界環境的適應能力，可以將過溫保護點設置成可調節的溫度，于是此處選用一個電位器代替兩個串聯的電阻。

負溫度系數傳感器RT可接到LED 板上感測LED的溫度。當LED的溫度升高時，熱敏電阻的阻值會隨之降低，此時U2電壓也會隨之升高。當U2電壓超過U1的電壓值時，二極管VD2導通，U1的電位會被拉高，此時的LED電流計算公式為：

LED的過溫監測與過溫保護電路設計

在式（1）、（2）、（3）中，UVD2為正向電壓，ILED為LED電流，UR-EXT為MBI1801 R-EXT 引腳的電壓。

LED電流會開始下降直到溫度平衡，反之亦然。

U1的電壓可以通過電位器設定，該電壓一旦確定，線路的啟動電壓也隨之而確定。

二極管VD2的作用在于當U2《U1時，U1不會受U2影響。如果VD2的正向電壓高就會產生額外的誤差，在此選擇正向壓降較小的肖特基二極管。

2 設計過程

2.1 定義負溫度系數熱敏電阻阻值變化曲線

負溫度系數熱敏電阻簡稱為NTC.使用溫度范圍：-40 ℃ ~125 ℃。電阻值隨溫度升高而變小。

100 kΩ負溫度系數熱敏電阻值對溫度的變化曲線如圖2所示。

2.2 確定電位器POT1

LED選用4串4并的連接方式，其輸入電壓為13.5 V，LED的電流為1.2 A.由于MBI801 R-EXT引腳的電壓UR-EXT等于1.251 V，因此MBI801所使用的電位器為

所以此處選擇1 kΩ的電位器。

AL LED的過溫監測與過溫保護電路設計

2.3 確定電阻R2

在確定R2之前，必須先確定一個過溫度電路中的電壓U1，可調整電位器使其電壓值為1.025 V.假如過溫度保護點的溫度為85℃，當溫度超過85℃時，LED過溫保護電路開始工作，LED電流開始下降。從圖2負溫度系數電阻阻值對溫度的變化曲線上，可以找到溫度為85℃ 時對應的熱敏電阻的阻值為7.92 kΩ。U2=U1，可得R2的阻值為：