大功率LED的温度补偿原理
引言
当led所处环境温度高于安全工作点温度时，led的正向电流就会超出安全区，使led的寿命大为降低甚至损坏。解决方法是利用温度补偿电路来不断减小led的正向电流值，避免led因温度过高而损坏。
1 大功率led温度补偿方案
如何最有效地保护高温条件下工作的大功率led，是急需解决的一个技术问题，这对延长大功率led的使用寿命至关重要。解决大功率led的过热问题，主要有以下4种设计方案：
方案之一：通过合适的散热器将led芯片产生的热量及时散发掉，使芯片的结温降低。但该方案是在设计led灯具时预先采取的一种解决办法，并且必须给散热能力留出足够余量，在实际工作中很难保证达到既理想、又经济的效果。
方案之二：利用led驱动芯片内部的过热保护电路关断led驱动器的输出，迫使led熄灭，达到降温目的。该方案只是在极端情况下led驱动芯片被迫采取的过热保护措施，无法保证led长期稳定的工作。
方案之三：采用恒压/恒流式（cv/cc）led驱动器，其特点是当输出电流达到规定值时通过电流控制环使维持恒定。此方案属于被动的间接式过热保护措施，因为恒压/恒流控制电路是通过检测输出电流来启动电流环的，与led所处的环境温度并没有直接关系，所以不能根据led的温度来实时地调节输出电流的大小。
方案之四：专门设计一个led照明用温度测控系统。但因成本过高，难以在led照明领域大量推广应用。
分析可知，给led驱动器增加温度补偿功能是一种简便易行的解决方案。温度补偿的基本原理是一旦出现异常情况使led温度过高时，led驱动器能根据热敏电阻器检测到的温度，自动降低输出电流值，确保led工作在安全区域之内，这就从根本上解决了led过热损坏或使用寿命降低的难题，从而大大提高了led灯具的可靠性与安全性；当温度降低到安全区域时，led-~g动器的输出电流能自动回升到正常值。显然，这种带温度补偿功能的led驱动器芯片属于具有自动实时控制的“智能化”芯片，它不仅代表了高端led驱动器的发展方向，而且具有重要的实用价值。
2 大功率led的温度补偿基本原理
最近问世的带温度补偿led驱动器可圆满解决上述技术难题。其工作特点是当led所处境温度低于安全工作点温度时，led驱动器工作在恒流区；一旦超过安全工作点温度，就立即进入温度补偿区，此时led驱动器不仅能根据温升自动调低输出电流，还可通过电阻预先设定好安全工作点温度和曲线的斜率。这种带温度补偿的大功率led~g动器输出电流与led所处环境温度的关系曲线如图1所示。这也是高端led~g动器的一个显着特点。美国矽恩（si—en）微电子有限公司于2009年在世界上率先推出带温度补偿的led驱动器sn3352，其同类产品还有交/直流两用的带温度补偿可调光式hb-led驱动控制器sn3910（需配外部功率开关管mosfet），为实现大功率led的温度补偿提供了便利条件。
与led所处环境温度的关系曲线随着led正向电流的减小是否会导致led的亮度显着降低，这种疑虑通常是不必要的。根据韦伯～费赫涅尔定律（weber—fechner），人眼的主观亮度感觉与客观亮度的变化量（可等效于白纸面上照度的变化量）呈对数关系，二者的关系曲线如图2所示。由图可见，当纸面上的照度从1o001x降低到1001x，即减小到原来的10%时，人眼感觉到亮度只变暗了50%（人眼的主观亮度感觉从8降至4）。举例说明，即使led驱动电流从350ma减小到175ma，即减小到原来的50%，这会使客观亮度降低；但经过取对数后人眼觉察到的亮度变化并不那么明显。
3 带温度补偿的大功率led驱动器典型应用
sn3352属于带温度补偿功能的高端led驱动芯片，它兼有恒流驱动、温度补偿、可调光、led开路保护和关断模式这5种功能，能显着提高led的可靠性，大大延长led的使用寿命。
sn3352内部集成了温度补偿电路，适配外部的负温度系数（ntc）热敏电阻器来检测led所处的环境温度t，ntc热敏电阻器就放在led灯具内靠近led的位置上。sn3352通过不断地测量它的电阻值rntc，即可实时获取led芯片的温度信息。r值随t的升高而逐渐减小，当r值与温度补偿起始点设定电阻r的阻值相等时，sn3352就开始减小输出的平均值电流，起到温度补偿作用。当t降低到安全值时，平均值电流又自动恢复成预先设定好的恒流值。
sn3352的典型应用电路如图3所示。输入电压u=+6～40vc为输入端的旁路电容器。假如前级为电源变压器输出的12v交流电，再经过整流滤波器获得直流电压，由于纹波电压较大，c的容量应大于200gf，推荐采用x5r、x7r系列电解电容器，普通电解电容器不适合用作退耦电容，以免影响sn3352的工作稳定性。
c2为rnc端的消噪电容器。
led灯串由1orlw白光led构成。利用r设定温度补偿起始点。r为ntc热敏电阻器，它在ta：25℃时的电阻值为100kq。l为47h电感量，允许范围是47～220gh。当输入电压较高、输出电流较小时，需要增大电感量，以降低输出纹波，提高电源效率。电感器的磁饱和电流应大于sn3352的峰值输出电流，电感的平均电应大于，o（avg）值。当o（avg）=700ma时电感器的磁饱和电流应大于1.2a=350ma时，磁饱和电流应大于500ma。电感器应尽量靠近sn3352，以减小引线电阻。为提高1mhz驱动器的效率，整流管vd必须采用反向恢复时间极短、低压降、反向漏电流很小的肖特基二极管。
为改善ntc热敏电阻的非线性，可在r上串联一只固定电阻r。若需减小输出纹波电流，还可在led灯串的两端并联一只旁路电容器c。当c=1gf时，可将输出纹波电流大约减小到原来的1/3。led温度补偿曲线的温度补偿起始点th由r设定，曲线斜率则由热敏指数b和r、r。的阻值共同决定。一旦r、r和r的阻值确定之后，温度补偿曲线就被确定。推荐rth的阻值范围是lkq～100kq。
举例说明，设计条件为b=4485，r=0，rntc=220kq，rth=22.1kq。所对应的温度补偿曲线如图4所示，r采用贴片式热敏电阻器。选定热敏指数b之后，r的阻值越小，补偿起始点温度值越高；当r=ou,-t，斜率只取决于r值；r≠0时，r与r的总电阻值越大，温度补偿曲线越陡，斜率越大。
4 带温度补偿的lib—led驱动控制器典型应用
sn3910属于交/直流两用带温度补偿可调光hb—led（高亮度led）驱动控制器，适合驱动hb—led照明灯。采用交流供电方式的sn3910典型应用电路如图5所示。交流输入电压u=220v±15%。fu为la/250v熔丝管，rntcl为启动电源时的限流电阻。c为抑制串模干扰的线问电容器。整流桥由4只1n4007型1a/1000v的硅整流管构成。为提高功率因数，利用vd～vd、c，和c构成二阶填谷式pfc电路。rnt2选用l00kq（ta=25℃）负温度系数热敏电阻器。r采用1.0q精密电阻器，两端并联一只可调电阻器r（100q）。
sn3910的温度补偿起始点及输出电流下降的斜率，可通过r、r来设定。温度补偿的原理如下：首先由e引脚提供1.2v的基准电压u，然后经过电阻分压器rt1i、r接地。将电阻分压器的中点接ld引脚，设其电压为有关系式：
分析（1）式和（2）式可知，当环境温度t升高时，r。的电阻值迅速减小。
一旦u<0.24v，就启动温度补偿功能，立即通过sn3910的内部电路使输出峰值电流减小，平均值电流也随之减小，从而达到了温度补偿目的。
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如何最有效地保护高温条件下工作的大功率led，是急需解决的一个技术问题，这对延长大功率led的使用寿命至关重要。解决大功率led的过热问题，主要有以下4种设计方案：
方案之一：通过合适的散热器将led芯片产生的热量及时散发掉，使芯片的结温降低。但该方案是在设计led灯具时预先采取的一种解决办法，并且必须给散热能力留出足够余量，在实际工作中很难保证达到既理想、又经济的效果。
方案之二：利用led驱动芯片内部的过热保护电路关断led驱动器的输出，迫使led熄灭，达到降温目的。该方案只是在极端情况下led驱动芯片被迫采取的过热保护措施，无法保证led长期稳定的工作。
方案之三：采用恒压/恒流式（cv/cc）led驱动器，其特点是当输出电流达到规定值时通过电流控制环使维持恒定。此方案属于被动的间接式过热保护措施，因为恒压/恒流控制电路是通过检测输出电流来启动电流环的，与led所处的环境温度并没有直接关系，所以不能根据led的温度来实时地调节输出电流的大小。
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分析可知，给led驱动器增加温度补偿功能是一种简便易行的解决方案。温度补偿的基本原理是一旦出现异常情况使led温度过高时，led驱动器能根据热敏电阻器检测到的温度，自动降低输出电流值，确保led工作在安全区域之内，这就从根本上解决了led过热损坏或使用寿命降低的难题，从而大大提高了led灯具的可靠性与安全性；当温度降低到安全区域时，led-~g动器的输出电流能自动回升到正常值。显然，这种带温度补偿功能的led驱动器芯片属于具有自动实时控制的“智能化”芯片，它不仅代表了高端led驱动器的发展方向，而且具有重要的实用价值。
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与led所处环境温度的关系曲线随着led正向电流的减小是否会导致led的亮度显着降低，这种疑虑通常是不必要的。根据韦伯～费赫涅尔定律（weber—fechner），人眼的主观亮度感觉与客观亮度的变化量（可等效于白纸面上照度的变化量）呈对数关系，二者的关系曲线如图2所示。由图可见，当纸面上的照度从1o001x降低到1001x，即减小到原来的10%时，人眼感觉到亮度只变暗了50%（人眼的主观亮度感觉从8降至4）。举例说明，即使led驱动电流从350ma减小到175ma，即减小到原来的50%，这会使客观亮度降低；但经过取对数后人眼觉察到的亮度变化并不那么明显。
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举例说明，设计条件为b=4485，r=0，rntc=220kq，rth=22.1kq。所对应的温度补偿曲线如图4所示，r采用贴片式热敏电阻器。选定热敏指数b之后，r的阻值越小，补偿起始点温度值越高；当r=ou,-t，斜率只取决于r值；r≠0时，r与r的总电阻值越大，温度补偿曲线越陡，斜率越大。
4 带温度补偿的lib—led驱动控制器典型应用
sn3910属于交/直流两用带温度补偿可调光hb—led（高亮度led）驱动控制器，适合驱动hb—led照明灯。采用交流供电方式的sn3910典型应用电路如图5所示。交流输入电压u=220v±15%。fu为la/250v熔丝管，rntcl为启动电源时的限流电阻。c为抑制串模干扰的线问电容器。整流桥由4只1n4007型1a/1000v的硅整流管构成。为提高功率因数，利用vd～vd、c，和c构成二阶填谷式pfc电路。rnt2选用l00kq（ta=25℃）负温度系数热敏电阻器。r采用1.0q精密电阻器，两端并联一只可调电阻器r（100q）。
sn3910的温度补偿起始点及输出电流下降的斜率，可通过r、r来设定。温度补偿的原理如下：首先由e引脚提供1.2v的基准电压u，然后经过电阻分压器rt1i、r接地。将电阻分压器的中点接ld引脚，设其电压为有关系式：
分析（1）式和（2）式可知，当环境温度t升高时，r。的电阻值迅速减小。
一旦u<0.24v，就启动温度补偿功能，立即通过sn3910的内部电路使输出峰值电流减小，平均值电流也随之减小，从而达到了温度补偿目的。
什么是电源？
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