用PTC熱敏電阻實(shí)現(xiàn)LED照明設(shè)備過熱保護(hù)

隨著LED照明設(shè)備(發(fā)光二極管)的性能不斷提高，價(jià)格日漸低廉，其市場(chǎng)也迅速擴(kuò)大。LED照明設(shè)備已實(shí)現(xiàn)了低價(jià)化，然而，與傳統(tǒng)的白熾燈，熒光燈相比，作為照明設(shè)備的實(shí)績(jī)?nèi)匀磺芳眩藗冎赋銎浒踩缘恼n題。雖然LED具有高效照明，低耗電的特點(diǎn)，但是作為高亮度的LED元件本身卻處于異常的高溫狀態(tài)。

本文將介紹使用村田制作所的陶瓷PTC熱敏電阻“POSISTOR”來(lái)簡(jiǎn)單實(shí)現(xiàn)LED照明設(shè)備過熱保護(hù)的方法，能夠達(dá)到低成本，提高LED照明設(shè)備的安全性。

演示板說(shuō)明

圖1：村田制作所展出的發(fā)光二極管(LED)演示板

在該LED演示板上裝載5個(gè)表面貼裝型LED，在其正下方的電路板背面配置了小型陶瓷加熱器。液晶顯示器顯示LED附近的電路板溫度。右下方的照片表示電路板背面的加熱器對(duì)LED進(jìn)行強(qiáng)制加熱。LED附近的溫度達(dá)到80℃以上，過熱的LED亮度大幅度下降。這是由于LED附近安裝的PTC熱敏電阻“POSISTOR”的作用，流過LED的電流受到限制。

這樣，在LED本身異常發(fā)熱或因外部原因使LED周圍溫度異常升高時(shí)，通過降低LED的亮度，可防止LED繼續(xù)不斷地發(fā)熱，從而防止照明設(shè)備的冒煙、燃燒等嚴(yán)重事態(tài)的發(fā)生。

圖2是此類LED演示板的電路示意圖。在5個(gè)并聯(lián)的LED上施加了恒定電壓5V。通過雙晶體管，在LED上串聯(lián)固定電阻(R)和“POSISTOR”(RPTC)，其合成電阻(R和RPTC)則限定了流過LED的最大電流。晶體管具有的作用是：控制“A”的電位，由此接通及斷開流過LED的電流，并且依靠PWM控制進(jìn)行LED的亮度調(diào)節(jié)。

在“A”的電位為“ON”時(shí)，在雙晶體管的“TR2”的基極和發(fā)射極之間的電壓(VBE)約固定為0.7V左右。因此，流過LED的電流(ILED )的數(shù)值僅根據(jù)串聯(lián)電阻(R+RPTC)而決定。例如，在溫度為250℃時(shí)，電阻(R十RPTC)為3. 5Ω，LED的電流就為200mA。

為什么一旦達(dá)到高溫，圖1右側(cè)LED的亮度就會(huì)大幅度下降呢?我們通過圖3來(lái)進(jìn)行一下解釋。

圖3：相對(duì)“POSISTOR”試制件的電阻溫度特性和溫度的LED電流

裝在LED演示板上的是貼片型“POSISTOR”試制品，當(dāng)溫度達(dá)到25℃時(shí)的電阻值為0.5Ω。“POSISTOR”是一種具有正溫度系數(shù)特性的陶瓷熱敏電阻。它的特點(diǎn)是在特定的溫度下其電阻值可快速增加1000倍以上。該“POSISTOR”試制品的電阻和溫度特性曲線如左圖所示。由于在LED演示板上，3.0Ω的固定電阻(R)和“POSISTOR”的電阻((RPTC)串聯(lián)，其等效電阻(R十RPTC)也會(huì)隨溫度產(chǎn)生變化。

該等效電阻決定流過LED的電流(ILED)。如右圖表所示，如果溫度為40℃以下，LED電流大致恒定，約為200mA。如果溫度超過40℃以上，通過LED的電流被有效限制，在80℃時(shí)達(dá)到40mA以下。

只要在決定LED電流的限流電阻加上“POSISTOR”，就能夠構(gòu)筑此類過熱保護(hù)結(jié)構(gòu)。即使LED因某些原因處于高溫狀態(tài)，如果具備此類過熱保護(hù)結(jié)構(gòu)，LED就不會(huì)在處于高亮度點(diǎn)亮狀態(tài)下進(jìn)一步發(fā)熱。采用這種簡(jiǎn)單的方法，可防止LED引起冒煙、燃燒等嚴(yán)重事態(tài)的發(fā)生。無(wú)需采用復(fù)雜的溫度檢測(cè)功能及判定用邏輯元件，以及LED的電流控制功能。

但是，即使在高溫時(shí)，也并非完全切斷電流，還是有一定程度的電流(例如，在80 ℃時(shí)，約40mA)流過LED。像照明設(shè)備一樣，有時(shí)燈光完全熄滅卻反而有危險(xiǎn)，所以，該特點(diǎn)最為適合。

并且，對(duì)普通LED元件將相對(duì)環(huán)境溫度的容許電流作為標(biāo)準(zhǔn)予以強(qiáng)調(diào)。如果工作電流超過該容許電流，則會(huì)趨于劣化，降低壽命。如果按圖3右圖所示能夠限制電流，則能夠達(dá)到與LED元件的允許電流曲線一致的電流控制。

上例僅為采用“POSISTOR”的試制件。目前，村田制作所正在致力于開發(fā)在形狀、電阻值、使電阻值上升的溫度點(diǎn)等參數(shù)上最適合LED照明設(shè)備的“POSISTOR”。

使用現(xiàn)有“POSISTOR”的方法