溫度補(bǔ)償原理
一般而言，大功率LED的產(chǎn)品規(guī)格書(shū)中都會(huì)標(biāo)明不同環(huán)境溫度（或LED焊點(diǎn)的溫度）下的最高允許輸出電流（如圖1）的曲線圖。當(dāng)四周溫度低于安全溫度點(diǎn)，輸出最高允許電流保持不變；當(dāng)高于安全溫度點(diǎn)，輸出最高允許電流隨四周溫度升高而下降，即所謂的降額曲線。為確保LED的性能壽命不受影響，必需保證LED工作在降額曲線與橫、縱坐標(biāo)軸所包絡(luò)的安全區(qū)內(nèi)。
圖 1 LED 降額曲線
但是，目前大多數(shù)LED燈具生產(chǎn)商都將LED的驅(qū)動(dòng)電流設(shè)計(jì)為不隨溫度變更的恒流源，因此，當(dāng)LED四周溫度高于安全溫度點(diǎn)時(shí)，工作電流就不在安全區(qū)內(nèi)，這將導(dǎo)致LED的壽命遠(yuǎn)低于規(guī)格書(shū)的數(shù)值甚至直接損壞。而LED四周溫渡過(guò)高是由LED自身發(fā)熱導(dǎo)致，目前有兩個(gè)措施可以解決這個(gè)標(biāo)題。
一種措施是應(yīng)用導(dǎo)熱性更好的散熱裝置，減小LED芯片至環(huán)境的熱阻，把持LED內(nèi)部溫度不至比環(huán)境溫度高太多，但這需要較高的本錢。此外，難以避免的標(biāo)題是，當(dāng)散熱裝置應(yīng)用一段時(shí)間后在燈體外殼的散熱片上沉積灰塵，以及鋁合金基敷銅板上連接銅層和鋁基板的介質(zhì)層老化脫膠都將導(dǎo)致熱阻較大幅度地上升，導(dǎo)致整體散熱性能降落。另一種措施是使LED工作在安全區(qū)邊際，這樣既滿足在安全溫度點(diǎn)內(nèi)輸出電流、輸出功率工作在額定狀態(tài)且恒定，而且在高于安全溫度點(diǎn)輸出電流按比例降落進(jìn)行負(fù)補(bǔ)償，保證LED應(yīng)用壽命，這就是溫度補(bǔ)償?shù)暮x。
數(shù)字溫度傳感器配合驅(qū)動(dòng)器實(shí)現(xiàn)溫度補(bǔ)償
有些照明產(chǎn)品需要一些智能把持，如一些高級(jí)路燈的利用，這些系統(tǒng)往往應(yīng)用單片機(jī)對(duì)全部系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)督和把持。這時(shí)可利用原有的單片機(jī)把持系統(tǒng)參加溫度補(bǔ)償功效，即便在惡劣的環(huán)境下，如夏日曝曬，系統(tǒng)內(nèi)的溫度仍能得到很好地把持?！?br />
圖2為此類系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)單路LED串的示意圖。溫度檢測(cè)部分采用了矽恩微電子公司生產(chǎn)的高精度數(shù)字溫度傳感器SN1086，SN1086可以同時(shí)檢測(cè)芯片本身溫度，相當(dāng)于間接檢測(cè)PCB溫度，又能檢測(cè)遠(yuǎn)端三級(jí)管溫度，若將三極管與LED一同焊接在鋁基板上便可以檢測(cè)鋁基板溫度。SN1086將檢測(cè)到的兩種溫度通過(guò)芯片內(nèi)部的高精度Delta-Sigma ADC進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，將溫度的數(shù)字成果通過(guò)I2C總線的SDA數(shù)據(jù)線和SCL時(shí)鐘線與單片機(jī)通信。當(dāng)單片機(jī)接收到鋁基板溫度成果后與預(yù)設(shè)定的安全溫度點(diǎn)閾值進(jìn)行比對(duì)，當(dāng)溫渡過(guò)高時(shí)啟動(dòng)溫度補(bǔ)償程序，通過(guò)PWM1按比例下降LED驅(qū)動(dòng)器的輸出電流。單片機(jī)同時(shí)監(jiān)控PCB板溫度，溫渡過(guò)高時(shí)通過(guò)PWM2信號(hào)線把持風(fēng)扇對(duì)PCB進(jìn)行散熱，確保板上的元器件尤其是電解電容的溫度不會(huì)過(guò)高?！?br /> 這種系統(tǒng)把持極大加強(qiáng)了系統(tǒng)的穩(wěn)固性，并保證整體系統(tǒng)的應(yīng)用壽命，實(shí)踐證實(shí)系統(tǒng)內(nèi)部溫度得到很好地把持，但硬件本錢較高，適于中高端范疇的利用。
DC-DC降壓LED驅(qū)動(dòng)器實(shí)現(xiàn)溫度補(bǔ)償
若能將溫度補(bǔ)償功效集成在芯片內(nèi)部，這將極大下降應(yīng)用本錢和所占空間。SN3352正是為了這個(gè)目標(biāo)而設(shè)計(jì)出來(lái)的芯片，SN3352是降壓型DC-DC恒流芯片，工作電壓范疇6~40V，輸出電流達(dá)700mA，溫度補(bǔ)償未啟動(dòng)時(shí)恒流性能精良，實(shí)用于驅(qū)動(dòng)串聯(lián)的1W或者3W LED燈。SN3352具備調(diào)光功效，通過(guò)轉(zhuǎn)變ADJI引腳的模仿電壓或者對(duì)此引腳施加PWM信號(hào)都能實(shí)現(xiàn)調(diào)光功效。SN3352內(nèi)部集成了矽恩微電子自有專利技巧的溫度補(bǔ)償電路，溫度補(bǔ)償功效需要外接一個(gè)普通電阻Rth用于設(shè)置溫度補(bǔ)償啟動(dòng)的溫度點(diǎn)Tth和一個(gè)檢測(cè)溫度的負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻Rntc配合實(shí)現(xiàn)。
SN3352通過(guò)RNTC引腳不斷丈量與LED焊接在同一塊鋁基板的熱敏電阻Rntc阻值，隨著LED鋁基板溫度上升，當(dāng)熱敏電阻的阻值低至與連接在RTH引腳上的普通電阻Rth阻值相等時(shí)，溫度補(bǔ)償功效啟動(dòng)，輸出電流將會(huì)主動(dòng)隨溫度升高而下降，由此可見(jiàn)，溫度補(bǔ)償啟動(dòng)的溫度點(diǎn)Tth可以通過(guò)轉(zhuǎn)變Rth阻值進(jìn)行更改。而電流隨溫度下降的斜率可以通過(guò)選擇不同B常數(shù)的熱敏電阻來(lái)決定。
輸出電流的公式如下：
當(dāng)Rntc>Rth時(shí)，溫度補(bǔ)償未啟動(dòng)，輸出電流保持不變，大小由設(shè)置電流電阻Rs和ADJI引腳電壓決定：
其中：VADJI為調(diào)光引腳ADJI引腳的電壓，單位V，調(diào)光范疇0.3V~1.2V，懸空時(shí)電壓為1.2V；
當(dāng)Rntc
其中：, R25為熱敏電阻在25oC下的阻值，B為熱敏電阻的B常數(shù)，熱敏電阻特征重要由這兩個(gè)參數(shù)決定；
根據(jù)輸出補(bǔ)償電流的成果,
對(duì)不同的溫度做一組電流曲線，不難得出,即便把溫度補(bǔ)償啟動(dòng)的溫度點(diǎn)Tth設(shè)置在較高溫度,如100oC以上，電流隨溫度下降的斜率仍然保持較高斜率。這差別于目前市面上其他的溫度補(bǔ)償計(jì)劃，這些計(jì)劃在較低溫度保持較大的補(bǔ)償斜率，而在較高溫度補(bǔ)償斜率大幅降落，這有悖于LED降額曲線在高溫斜率更加大的事實(shí)。因此SN3352在高溫仍然保持大的補(bǔ)償斜率可以滿足盡大多數(shù)LED降額曲線的補(bǔ)償斜率，保證LED工作在安全區(qū)內(nèi)。此外，SN3352還具備級(jí)聯(lián)功效，每個(gè)芯片的ADJO引腳連接下一級(jí)芯片的ADJI引腳，將帶有溫度補(bǔ)償信息的電壓由前一級(jí)芯片的ADJO引腳輸出到下一級(jí)芯片的ADJI引腳。每個(gè)ADJO引腳最多可以驅(qū)動(dòng)5個(gè)ADJI引腳。因此，只需要一個(gè)熱敏電阻就能讓全部系統(tǒng)共享溫度補(bǔ)償功效，當(dāng)溫度補(bǔ)償啟動(dòng)時(shí)，接進(jìn)SN3352系統(tǒng)中所有的LED都會(huì)隨溫度上升而降落。
圖4 溫度補(bǔ)償曲線圖 （Rntc的B=3900,R25=100K,Rth=36K）
利用SN3352的溫度補(bǔ)償?shù)臅r(shí)候，可以應(yīng)用矽恩微電子的SN3352利用仿真程序，輸進(jìn)熱敏電阻的參數(shù)和Tth值后，程序主動(dòng)盤(pán)算出Rth選值和天生補(bǔ)償曲線，圖4即為此程序天生。在布線方面，為了不拾取電路噪音，RTH引腳和Rth電阻的連接導(dǎo)線應(yīng)盡量短，而由于連接RNTC引腳至熱敏電阻Rntc的連線經(jīng)常需要較長(zhǎng)的導(dǎo)線至鋁基板，因此緊靠芯片RNTC引腳需要有旁路電容對(duì)地濾除雜波，一般而言0.1?F貼片電容即可。
另一款具備溫度補(bǔ)償功效的SN3910重要用于高壓范疇的降壓型DC-DC恒流芯片，全電壓范疇輸進(jìn)，外置高壓MOS管，輸出電流達(dá)700mA,芯片工作在恒定關(guān)斷時(shí)間模式，具有精良的線電壓調(diào)劑率。這款芯片重要用于日光燈計(jì)劃和其他市電直接接進(jìn)的計(jì)劃。矽恩微電子將根據(jù)不同客戶的利用計(jì)劃和溫度補(bǔ)償請(qǐng)求供給與之配套的利用電路、BOM表和布板建議，縮短產(chǎn)品上市時(shí)間。
線性恒流LED驅(qū)動(dòng)器實(shí)現(xiàn)溫度補(bǔ)償
另一款具備溫度補(bǔ)償功效的LED線性恒流源驅(qū)動(dòng)器是SN3118，其輸出電流可由外接電阻編程，合適20mA~200mA的低電流LED利用。SN3118工作電壓6V~30V，四個(gè)支路電流之間匹配度±5％以內(nèi)，每路最大電流才能達(dá)175mA，工作時(shí)無(wú)EMI標(biāo)題。電路中同樣應(yīng)用一個(gè)普通電阻和負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻實(shí)現(xiàn)溫度補(bǔ)償，當(dāng)熱敏電阻阻值降落至普通電阻阻值時(shí)，溫度補(bǔ)償啟動(dòng)。
本文小結(jié)
溫度補(bǔ)償功效以其低本錢、高可靠性兼顧了LED壽命和輸出功率，不會(huì)由于環(huán)境惡劣或是散熱裝置異常、老化而使得LED性能和壽命受到影響。矽恩微電子的LED驅(qū)動(dòng)IC產(chǎn)品籠罩各種利用范疇，擁有先進(jìn)的溫度補(bǔ)償技巧，可為客戶量身定做計(jì)劃。
圖5 SN3910驅(qū)動(dòng)LED典范利用圖
圖6 SN3118驅(qū)動(dòng)LED典范利用圖