大功率LED的温度补偿原理

       引言

　　当LED所处环境温度高于安全工作点温度时，LED的正向电流就会超出安全区，使LED的寿命大为降低甚至损坏。解决方法是利用温度补偿电路来不断减小LED的正向电流值，避免LED因温度过高而损坏。

　　1 大功率LED温度补偿方案

　　如何最有效地保护高温条件下工作的大功率LED，是急需解决的一个技术问题，这对延长大功率LED的使用寿命至关重要。解决大功率LED的过热问题，主要有以下4种设计方案：

　　方案之一：通过合适的散热器将LED芯片产生的热量及时散发掉，使芯片的结温降低。但该方案是在设计LED灯具时预先采取的一种解决办法，并且必须给散热能力留出足够余量，在实际工作中很难保证达到既理想、又经济的效果。

　　方案之二：利用LED驱动芯片内部的过热保护电路关断LED驱动器的输出，迫使LED熄灭，达到降温目的。该方案只是在极端情况下LED驱动芯片被迫采取的过热保护措施，无法保证LED长期稳定的工作。

　　方案之三：采用恒压/恒流式（CV/CC）LED驱动器，其特点是当输出电流达到规定值时通过电流控制环使维持恒定。此方案属于被动的间接式过热保护措施，因为恒压/恒流控制电路是通过检测输出电流来启动电流环的，与LED所处的环境温度并没有直接关系，所以不能根据LED的温度来实时地调节输出电流的大小。

　　方案之四：专门设计一个LED照明用温度测控系统。但因成本过高，难以在LED照明领域大量推广应用。

　　分析可知，给LED驱动器增加温度补偿功能是一种简便易行的解决方案。温度补偿的基本原理是一旦出现异常情况使LED温度过高时，LED驱动器能根据热敏电阻器检测到的温度，自动降低输出电流值，确保LED工作在安全区域之内，这就从根本上解决了LED过热损坏或使用寿命降低的难题，从而大大提高了LED灯具的可靠性与安全性；当温度降低到安全区域时，LED-~g动器的输出电流能自动回升到正常值。显然，这种带温度补偿功能的LED驱动器芯片属于具有自动实时控制的“智能化”芯片，它不仅代表了高端LED驱动器的发展方向，而且具有重要的实用价值。

　　2 大功率LED的温度补偿基本原理

　　最近问世的带温度补偿LED驱动器可圆满解决上述技术难题。其工作特点是当LED所处境温度低于安全工作点温度时，LED驱动器工作在恒流区；一旦超过安全工作点温度，就立即进入温度补偿区，此时LED驱动器不仅能根据温升自动调低输出电流，还可通过电阻预先设定好安全工作点温度和曲线的斜率。这种带温度补偿的大功率LED~g动器输出电流与LED所处环境温度的关系曲线如图1所示。这也是高端LED~g动器的一个显着特点。美国矽恩（si—EN）微电子有限公司于2009年在世界上率先推出带温度补偿的LED驱动器SN3352，其同类产品还有交/直流两用的带温度补偿可调光式HB-LED驱动控制器SN3910（需配外部功率开关管MOSFET），为实现大功率LED的温度补偿提供了便利条件。

　　与LED所处环境温度的关系曲线随着LED正向电流的减小是否会导致LED的亮度显着降低，这种疑虑通常是不必要的。根据韦伯～费赫涅尔定律（Weber—Fechner），人眼的主观亮度感觉与客观亮度的变化量（可等效于白纸面上照度的变化量）呈对数关系，二者的关系曲线如图2所示。由图可见，当纸面上的照度从1O001x降低到1001x，即减小到原来的10%时，人眼感觉到亮度只变暗了50%（人眼的主观亮度感觉从8降至4）。举例说明，即使LED驱动电流从350mA减小到175mA，即减小到原来的50%，这会使客观亮度降低；但经过取对数后人眼觉察到的亮度变化并不那么明显。