使用降低汽車 LED 的使用溫度，來延長其預(yù)期壽命

LED 照明是一項技術(shù)創(chuàng)新，伴隨著額外的設(shè)計挑戰(zhàn)。為避免熱擊穿，LED 照明系統(tǒng)設(shè)計人員應(yīng)考慮組件的熱特性。這在汽車照明等應(yīng)用中尤為重要，在這些應(yīng)用中，高環(huán)境溫度和較長的運行時間會導(dǎo)致組件迅速劣化。

汽車照明技術(shù)的發(fā)展——導(dǎo)致驅(qū)動電流增加和對更小封裝尺寸的需求——使得優(yōu)化熱設(shè)計變得更加困難和必要。較高的驅(qū)動電流會使結(jié)溫升高到優(yōu)化散熱不足的程度。因此，必須想辦法在溫度過高時降低 LED 電流。

大多數(shù)汽車 LED 驅(qū)動器都具有電流調(diào)光功能。然而，調(diào)光控制電路通常通過潛在復(fù)雜的模擬或數(shù)字電路進(jìn)行控制，這通常會在最終應(yīng)用中占用大量空間并增加整體系統(tǒng)成本。本文介紹了一種基于負(fù)溫度系數(shù)(NTC) 的簡單電路解決方案，可根據(jù)溫度對輸出電流進(jìn)行線性調(diào)光。

電路設(shè)計用于在溫度低于 70°C 時保持驅(qū)動器中穩(wěn)定的標(biāo)稱輸出電流。如果電路超過溫度閾值，則輸出電流與溫度呈準(zhǔn)線性關(guān)系減小，以避免熱擊穿，當(dāng) LED 達(dá)到約 120°C 的最大額定溫度時達(dá)到最小電流值。

傳感電路

作為示例，本文引用了MPQ2489-AEC1，這是一款 60V、1A、汽車級降壓 LED 驅(qū)動器。該驅(qū)動器實現(xiàn)了 PWM 和模擬調(diào)光，但在本應(yīng)用中只使用了后者。要使用模擬調(diào)光功能，必須在 DIM 引腳上施加 0.3 至 2.5V 的直流電壓。該電壓可以在 250 mA 和 1.1 A 之間線性調(diào)節(jié) LED 電流。當(dāng)直流電壓范圍在 0.3 到 1.25V 之間時，它會產(chǎn)生 250 到 550 mA 之間的電流。

使用 NTC 熱敏電阻(TDK 的NTCG164BH103JTDS )感測溫度，該熱敏電阻在電壓電阻分壓器中實現(xiàn)。變化的 NTC 電阻導(dǎo)致分壓器輸出端的電壓隨溫度而變化。這會改變 DIM 引腳上的電壓，從而改變輸出電流。

施加到 DIM 引腳的標(biāo)稱電壓由 1.25V 電壓基準(zhǔn)設(shè)置。這可確保在低于 70°C 閾值的溫度下提供穩(wěn)定的輸入電壓。此外，電阻分壓器的電源電壓使用 250mW 齊納二極管固定在 6.2V。

當(dāng)器件溫度為 70°C 或更低時，參考電壓提供的 1.25V 限制了 DIM 輸入，并且為 LED 提供了 550 mA 的電流。一旦溫度超過 70°C 閾值，電阻分壓器輸出就會降至 1.25V 以下。然后，DIM 輸入遵循電阻分壓器曲線，隨著溫度的持續(xù)升高，這會降低 LED 驅(qū)動電流。

模擬可用于估計電路的操作。此示例的仿真結(jié)果表明，DIM 電壓在 1.25V 直至溫度閾值時保持穩(wěn)定，然后在溫度達(dá)到 120°C 時呈指數(shù)下降直至達(dá)到 0.3V 最小輸出。

盡管如此，該電路還是提供了一種小型且簡單的解決方案，可以減少高溫下的 LED 驅(qū)動電流，從而延長這些組件的預(yù)期壽命。

結(jié)果驗證

為了測試電路性能，我們構(gòu)建了一個系統(tǒng)來模擬真實世界的用例。LED 被一個 3Ω 電阻器取代，該電阻器通過在其兩極之間施加電壓差來加熱。然后，使用導(dǎo)熱膏將選定的 NTC 連接到電阻器上，以確保最大程度地準(zhǔn)確地檢測電阻器/溫度。最后，將 NTC 連接到設(shè)計的電路。通過改變電阻器的溫度——掃描提供給它的電源——獲得了 DIM 電壓曲線。

該測試在 25°C 至 145°C 的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行。當(dāng)溫度低于 74°C(接近估計的 70°C 閾值)時，電路的輸出電壓 (V DIM ) 保持穩(wěn)定在 1.25V。超過這個溫度，電壓在 145°C 時下降到 0.25V。

當(dāng) LED 溫度低于 74°C 時，獲得的驅(qū)動電流設(shè)置為 100%。一旦溫度超過該值，驅(qū)動電流就會變暗，以減少散熱并抵消溫度升高。該測試以及圖 5 中所示的測試確認(rèn)了設(shè)計的預(yù)期功能。通過在高溫下成功地限制輸出電流，可以保護(hù)電路的組件免受熱損壞。

本文演示了電路的實現(xiàn)如何通過使用簡單的感應(yīng)電路和大多數(shù) LED 驅(qū)動器中現(xiàn)有的調(diào)光功能來控制 LED 的驅(qū)動電流。該解決方案為汽車照明系統(tǒng)制造商提供了一種穩(wěn)定且具有成本效益的選擇，可顯著延長電路中組件的預(yù)期壽命，同時占用極少的電路板空間。本文中提出的電路可以相對容易地和廉價的材料清單應(yīng)用于許多現(xiàn)有的照明系統(tǒng)。