LED電源大功率產品的溫度補償設計

與其它的燈源相比，大功率LED會萌生嚴重的散熱問題，這主要是因為LED不通過紅外輻射進行散熱。一般而言，用于驅動LED的功耗有75％～85％最終轉換為熱能，過多的熱量會減少LED的光輸出和萌生偏色，加速LED老化。

因此，熱管理是LED系統設計最緊要的一個方面。LED系統加工商通過尋求優化的散熱器、高效印制電路板、高熱導率外殼等來應對這一挑戰。但是，工程師們需要改變他們的理念，熱管理并不是機械設計師的專利，電子工程師同樣可以進行熱管理設計。踐行證明，通過電路實現溫度補償功能進行熱管理是一個既經濟又可靠的辦法。

溫度補償原理

一般而言，大功率LED的產品規格書中都會標明不同環境溫度（或LED焊點的溫度）下的最高容許輸出電流（如圖1）的曲線圖。當周圍溫度低于安全溫度點，輸出最高容許電流保持不變；當高于安全溫度點，輸出最高容許電流隨周圍溫度升高而降低，即所謂的降額曲線。為確保LED的性能壽命不受影響，非得保證LED工作在降額曲線與橫、縱坐標軸所包絡的安全區內。

但是，目前大多數LED燈具加工商都將LED的驅動電流設計為不隨溫度變化的恒流源，因此，當LED周圍溫度高于安全溫度點時，工作電流就不在安全區內，這將導致LED的壽命遠低于規格書的數值甚至筆直損壞。而LED周圍溫度過高是由LED自身發熱導致，目前有兩個方法可以處理這個問題。

一種方法是使用導熱性更好的散熱裝置，減小LED芯片至環境的熱阻，控制LED內部溫度不至比環境溫度高太多，但這需要較高的成本。此外，難以避免的問題是，當散熱裝置使用一段時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層老化脫膠都將導致熱阻較大幅度地上升，導致整體散熱性能下降。另一種方法是使LED工作在安全區邊際，這樣既滿足在安全溫度點內輸出電流、輸出功率工作在額定狀態且恒定，而且在高于安全溫度點輸出電流按比例下降進行負補償，保證LED使用壽命，這就是溫度補償的含義。

數字溫度傳感器配合驅動器實現溫度補償

有些照明產品需要一些智能控制，如一些高級路燈的使用，這些系統往往使用單片機對整個系統進行監視和控制。這時可利用原有的單片機控制系統加入溫度補償功能，即便在惡劣的環境下，如夏日曝曬，系統內的溫度仍能得到很好地控制。

為此類系統驅動單路LED串的示意圖。溫度測試部分采用了矽恩微電子公司加工的高精度數字溫度傳感器SN1086，SN1086可以同時測試芯片本身溫度，相當于間接測試PCB溫度，又能測試遠端三級管溫度，若將三極管與LED一同焊接在鋁基板上便可以測試鋁基板溫度。

SN1086將測試到的兩種溫度通過芯片內部的高精度DELta-SigmaADC進行模數轉換，將溫度的數字結果通過I2C總線的SDA數據線和SCL時鐘線與單片機通信。當單片機接受到鋁基板溫度結果后與預設定的安全溫度點閾值進行比對，當溫度過高時啟動溫度補償程序，通過PWM1按比例降低LED驅動器的輸出電流。單片機同時監控PCB板溫度，溫度過高時通過PWM2信號線控制風扇對PCB進行散熱，確保板上的元器件尤其是電解電容的溫度不會過高。

這種系統控制極大加強了系統的穩定性，并保證整體系統的使用壽命，踐行證明系統內部溫度得到很好地控制，但硬件成本較高，適于中高端范疇的使用。

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