结温保护的LED驱动设计方案

引言

LED寿命长、效率高是有前提的，即适宜的工作条件。其中影响寿命和发光效率的主要因素是LED的工作结温。从主流LED厂家提供的测试数据表明，LED的发光效率与结温几乎成反比，寿命随着结温升高近乎以指数规律降低。因此，将结温控制在一定范围是确保LED寿命和发光效率的关键。而将结温控制在一定范围的手段除散热措施外，将结温纳入驱动电源的控制参数是十分必要的。

1 LED结温的检测

LED的结温是指PN结的温度，实际测量LED的结温比较困难，但是可以根据LED的温度特性间接测量。

LED的伏安特性和普通的二极管相似。用于白光照明的蓝光LED典型的伏安特性如图1所示。

图1 LED的伏安特性

LED的伏安特性和其它二极管一样具有负温度系数的特点，即在结温升高时I/V曲线出现左移现象，如下图所示。

图2 伏安特性的温度特性

一般LED的结温每升高1°C ,I/V曲线会向左平移1.5~4mV,假如所加的电压为恒定，那么显然电流会增加，电流增加只会使它的结温升得更高，甚至导致恶性循环。所以，目前LED驱动电源一般设计为恒流供电。

根据I/V曲线随结温升高左移的规律，在恒流供电的情况下，测量LED的正向电压就可以推算LED结温。

在实际应用中，往往不需要确定LED结温的特别精确的数值，此时可以用试验的方法确定整体灯具LED光源结温的估算数值。以一个12W筒灯为例，光源部分由4并6串中功率LED组成，其电路连接形式如下：

图3 LED光源电路连接图

确定正向电压与结温的关系的试验步骤为：1)将光源置入恒温箱中;2)设置恒温箱的温度;3)待恒温箱内温度充分平衡稳定后，在光源两端接入恒流源;4)迅速测量光源的正向电压并记录;5)重复上述步骤1)~(4)，恒温箱温度由低到高，测得多点数据。

按上述步骤，对12W筒灯光源进行三次测量，数据如下：

表1 LED正向压降与结温的测量数据

由表1可以看出，测量数据的一致性和规律性很明显。