LED过温度保护线路

(图一)为电流控制IC，MBI1801，搭配LED过温度保护线路。图中的负温度系数热敏电阻（NTC Thermistor）可接在LED板上以感测LED的温度。当LED的温度升高时，热​​敏电阻的阻值会随之降低，此时V2电压也会随之升高。当V2电压超过V1的电压值时，LED的电流会开始下降直到温度平衡，反之亦然。

《图一 MBI1801搭配LED过温度保护线路》

电路设计流程

LED过温度保护电路的设计流程如下所示：

定义负温度系数热敏电阻阻值对温度的变化曲线

负温度系数热敏电阻是本应用电路中最重要的元件,本文即是利用其阻值对温度的变化曲线来设计的。因此定义出其阻值对温度的变化曲线是首要的。

决定R2与R3

MBI1801需要一个电阻(Text)以决定LED的预设电流,将其阻值拆成两个电阻,R2和R3,便可以得到过温度保护线路中的V1电压值。

决定R4

当V1电压决定了以后即代表该保护线路的启动电压也随之决定了。设定V2电压等于V1，并找出热敏电阻在过温度保护点的阻值后，R4的阻值便可由下列公式​​得到：

《公式一》

其中RTNC,tp微热敏电阻在过温度保护点的阻值。为了简化计算,在本式中笔者省略了二极体D2的顺向电压。

选择二极体D2

二极体D2的目的在于确保当V2电压小于V1时，V1电压值不会被V2所影响。但如果D2的顺向电压太高的话又会产生额外的误差，因此建议使用低顺向压降的萧特基二极体。

降低的LED电流

当V2电压高于V1实,V1电压会被拉高并降低LED的电流直到温度平衡。此时的LED电流可由下式计算得到

《公式二》

《公式三》

其中VF,D2为D2的顺向电压,LED为LED电流,VR-EXT为MBI1801 R-EXT pin的电压。以下为参考本文所提出的设计流程而举的例子

实例

假设有一高亮度的LED模组，其输入电压为13.5V，LED电流为1.2A，采取四串四并的连接方式。每一颗LED的顺向电压范围为3.0V～3.2V。在没有过温度保护线路之下，其LED板的温度下(表一)所示。

从表一可以看到，在未加过温度保护线路时，LED板的温度在一小时后会上升至104.4℃，这个温度可能会对LED产生损伤。以下为过温度保护线路元件的设计流程，以及加装该线路后LED板的温度变化情形。

定义负温度系数热敏电阻阻值对温度的变化曲线

100kΩ负温度系数热敏电阻的阻值对温度变化曲线如(图二)所示：

《图二 负温度系数电阻阻值对温度的变化曲线》

决定R2与R3

由于LED电流为1.2M,因此MBI1801所要使用的电阻(Rext)为

Ext = (VR-EXT / ILED) x 945 = (1.251V / 1.2A) x 945 = 0.985Ω

在此选择Text=1kΩ。在来将Text分为两个电阻值,在本例中笔者选择R2=180Ω and R3=820Ω,由此算出V1=1.025V。

决定R4

在决定R4之前，要先决定过温度保护点。在本例中设定过温度保护点为85℃，也就是当LED板的温度超过85℃时，LED电流会开始下降。从图二中可以找出当温度为85℃时，热敏电阻的阻值为7.92kΩ。设定V2的电压等于V1，因此R4可以计算得到

R4 = RTNC,tp / [(VDD / V2)-1] = 7.92kΩ / [(5.1V / 1.025)–1] = 1.992kΩ

在此选择R4等于2kΩ。

选择二极体D2

本应用线路建议使用低顺向电压的萧特基二极体，在此选择顺向电压为0.5V的SCD32。

测试结果

(图三)为MBI1801搭配LED过温度保护电路的完整电路,其LED板对温度和LED电流的变化情形如图二所示。

《图三 MBI1801搭配LED过温度保护的完整电路》

结论

从(表二)中可以看到，在过温度保护点（85℃）之前，LED电流维持一定。当LED板的温度超过85℃后电流开始下降，和表一的测试情形比较，其温度的上升情形也比较缓慢。 20分钟过后，LED板到达温度平衡几乎不再上升。由此可知，过温度保护线路的确能对LED板做有效的温度保护。要注意的是，过温度保护线路的保护点不能设在正常工作时的温度点以内，否则保护线路会提早启动并影响LED的亮度。笔者建议将保护点设在比正常工作温度高10℃，以避免误动作发生。