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使用降低汽车 LED 的使用温度,来延长其预期寿命
作者:管理员    发布于:2022-06-29 16:26:16    文字:【】【】【

LED 照明是一项技术创新,伴随着额外的设计挑战。为避免热击穿,LED 照明系统设计人员应考虑组件的热特性。这在汽车照明等应用中尤为重要,在这些应用中,高环境温度和较长的运行时间会导致组件迅速劣化。

汽车照明技术的发展——导致驱动电流增加和对更小封装尺寸的需求——使得优化热设计变得更加困难和必要。较高的驱动电流会使结温升高到优化散热不足的程度。因此,必须想办法在温度过高时降低 LED 电流。

大多数汽车 LED 驱动器都具有电流调光功能。然而,调光控制电路通常通过潜在复杂的模拟或数字电路进行控制,这通常会在最终应用中占用大量空间并增加整体系统成本。本文介绍了一种基于负温度系数(NTC) 的简单电路解决方案,可根据温度对输出电流进行线性调光。

电路设计用于在温度低于 70°C 时保持驱动器中稳定的标称输出电流。如果电路超过温度阈值,则输出电流与温度呈准线性关系减小,以避免热击穿,当 LED 达到约 120°C 的最大额定温度时达到最小电流值。

传感电路

作为示例,本文引用了MPQ2489-AEC1,这是一款 60V、1A、汽车级降压 LED 驱动器。该驱动器实现了 PWM 和模拟调光,但在本应用中只使用了后者。要使用模拟调光功能,必须在 DIM 引脚上施加 0.3 至 2.5V 的直流电压。该电压可以在 250 mA 和 1.1 A 之间线性调节 LED 电流。当直流电压范围在 0.3 到 1.25V 之间时,它会产生 250 到 550 mA 之间的电流。

使用 NTC 热敏电阻(TDK 的NTCG164BH103JTDS )感测温度,该热敏电阻在电压电阻分压器中实现。变化的 NTC 电阻导致分压器输出端的电压随温度而变化。这会改变 DIM 引脚上的电压,从而改变输出电流。

施加到 DIM 引脚的标称电压由 1.25V 电压基准设置。这可确保在低于 70°C 阈值的温度下提供稳定的输入电压。此外,电阻分压器的电源电压使用 250mW 齐纳二极管固定在 6.2V。

当器件温度为 70°C 或更低时,参考电压提供的 1.25V 限制了 DIM 输入,并且为 LED 提供了 550 mA 的电流。一旦温度超过 70°C 阈值,电阻分压器输出就会降至 1.25V 以下。然后,DIM 输入遵循电阻分压器曲线,随着温度的持续升高,这会降低 LED 驱动电流。

模拟可用于估计电路的操作。此示例的仿真结果表明,DIM 电压在 1.25V 直至温度阈值时保持稳定,然后在温度达到 120°C 时呈指数下降直至达到 0.3V 最小输出。

尽管如此,该电路还是提供了一种小型且简单的解决方案,可以减少高温下的 LED 驱动电流,从而延长这些组件的预期寿命。

结果验证

为了测试电路性能,我们构建了一个系统来模拟真实世界的用例。LED 被一个 3Ω 电阻器取代,该电阻器通过在其两极之间施加电压差来加热。然后,使用导热膏将选定的 NTC 连接到电阻器上,以确保最大程度地准确地检测电阻器/温度。最后,将 NTC 连接到设计的电路。通过改变电阻器的温度——扫描提供给它的电源——获得了 DIM 电压曲线。

该测试在 25°C 至 145°C 的温度范围内进行。当温度低于 74°C(接近估计的 70°C 阈值)时,电路的输出电压 (V DIM ) 保持稳定在 1.25V。超过这个温度,电压在 145°C 时下降到 0.25V。

当 LED 温度低于 74°C 时,获得的驱动电流设置为 100%。一旦温度超过该值,驱动电流就会变暗,以减少散热并抵消温度升高。该测试以及图 5 中所示的测试确认了设计的预期功能。通过在高温下成功地限制输出电流,可以保护电路的组件免受热损坏。

本文演示了电路的实现如何通过使用简单的感应电路和大多数 LED 驱动器中现有的调光功能来控制 LED 的驱动电流。该解决方案为汽车照明系统制造商提供了一种稳定且具有成本效益的选择,可显着延长电路中组件的预期寿命,同时占用极少的电路板空间。本文中提出的电路可以相对容易地和廉价的材料清单应用于许多现有的照明系统。

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