如何做来降低LED的结温

温度是汽车发光二极管(LED)前照灯和尾灯应用中的一大问题。LED可承受高环境温度，同时在大电流下驱动以产生必要的亮度。这些高环境温度与大工作电流相结合，会使LED的结温升高，通常仅额定温度就高达150℃。结温较高的情况下，特别是结温与数据表规格不符时，可能会损坏LED并缩短LED寿命。那么，应如何做来降低LED的结温呢？

等式1表示每个LED消耗的电功率：

其中：Vf 是LED的正向电压，ILED是通过LED的电流。等式2是结温的通式：

其中：TJ 是结温，TA 是环境温度，θJAP是以摄氏度每瓦测量的LED结环热阻。

将电功率等式代入结温方程可得到等式3：

LED正向电压和热阻都是LED封装的特性。显然，在不同的环境温度下，LED电流是唯一的控制参数，其可验证LED结温是否符合最大规格。

为了改变通过LED的电流，您需要将环境温度测量值反馈至LED的驱动电路。设计人员经常使用负温度系数（NTC）热敏电阻来测量环境温度。而这些NTC热敏电阻会随环境温度的变化改变其电阻，因此设计人员需要测量NTC热敏电阻两端的电压，然后将该测量值转换为温度。

然而，NTC热敏电阻的一大问题在于其电阻随着温度的升高而非线性地减小。此外，由于电阻非线性地减小，其电流消耗会使温度呈指数级升高。由于通过LED的电流与温度成线性比例，因此拥有非线性器件需要一些外部电路或微控制器来线性化NTC热敏电阻电压，并正确地调节通过LED的电流。

TI LMT87-Q1等模拟输出温度传感器集成电路(IC)能够产生跟踪环境温度的电压，使用该器件可以简化总体温度测量电路，便于您实现线性热折返曲线。温度传感器的输出可直接反馈到产生LED用电流的器件中，而无需加装外部电路或微控制器以使NTC热敏电阻输出线性化。这样一来，需要的组件更少，且无需使用微控制器即可实现热折返。

图1中对NTC热敏电阻和模拟温度传感器方法的使用进行了对比。图2所示为NTC热敏电阻电压相较于LMT87-Q1输出电压的非线性。

图1：NTC热敏电阻热折返与模拟温度传感器热折返解决方案

 

图2：LED驱动器在整个温度范围内的电压输入

图2所示为NTC热敏电阻两端的电压与LMT87的输出电压之间的差异。将NTC热敏电阻与10kΩ的电阻器串联在一起（NTC热敏电阻的B25/85值为3435K，R25为10kΩ），可计算出NTC热敏电阻的电压。

虽然不违反结温非常重要，但热折返会使LED的发光度发生改变。发光度实际上就是LED的亮度。LED具有称为热滚降的特性，该特性基本上是在高温下降低的光效率。因此，虽然允许LED的结温非常高，但不能严重违反其最大规格，否则可能会导致亮度低于预期或需要的亮度。

决定LED发光度的另一大主要因素是照明模块中使用的光学设备。因此，虽然热折返需要线性运行，您可能需要在不同位置钳制曲线。在设计系统的热折返功能时，必须将所有这些动态因素考虑在内。

欲了解有关线性热折返的更多信息和使用TI模拟温度传感器更改热折返曲线的简单方法，请参见TI汽车日间行车灯（DRL）具有线性热折返功能的LED驱动器参考设计TI设计(TIDA-01382)。

审核编辑：何安