LED温度保护电路和最基本的照明LED设计方案解析

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。

　　因测试时间较短，可以将测量时恒温箱设置温度近似等于LED光源的结温。在600mA恒流的情况下，通过数学方法不难得出光源模块正向电压与结温的关系。利用ExcEL工具，以温度为X轴，平均值为Y轴，生成（X，Y）散点图，选择线性回归分析类型则可生成如下趋势图和公式。

　　图4 Excel生成的趋势图

　　由此可见，一个由4并6串中功率LED组成的光源，在600mA恒流驱动时其正向电压与结温的关系为：

　　Vf = -0.0207Tj+ 20.332 （1）

　　Tj= 982.22-48.31Vf （2）

　　式中Vf为LED光源的正向压降，Tj为结温。需要注意的是，不同厂家不同规格的LED产品虽然都符合上述趋势，但具体数据却有一定的差异，因此更换厂家后规格型号需重新试验。

　　LM3404介绍

　　随着LED照明应用的发展，国内外厂家推出了很多用于驱动LED的器件。其中美国国家半导体公司推出的LM3404及系列产品就是一款非常适用于中小功率LED光源的恒流驱动芯片。

　　LM3404内置MOS开关管，最大输出电流1A，效率高达95%.这款芯片采用8引脚SOIC封装，其中的一条引脚可以利用脉宽调制（PWM）输入信号控制LED的光亮度。

　　此外，这款芯片可以利用低至0.2V的反馈电压提供电流检测功能。输入电压6~42V，其内部电路结构如图5所示。

　　图5 LM3404内部电路结构图

　　引脚定义：

　　SW：内部MOS管输出端，一般需外接一个电感和一个肖特基二极管；

　　BOOT：内部MOS管启动引脚，一般用一个10nF电容与SW端相连；

　　DIM:PWM调光输入端，通过输入不同占空比的PWM信号，可调整输出的平均功率；

　　GND：接地端；

　　CS：反馈引脚，用于设置恒流值；

　　RON：在线控制端，该引脚接地可使芯片停止工作并处于低功耗状态；

　　VCC：供电引脚，该端由芯片内部提供一个7V电压，应用时接一个滤波电容到地；

　　VIN：输入端，电压范围6~42V，对于LM3404H范围为6~75V.

　　LM3404应用十分简单，一个用LM3404的典型应用如图6所示。

　　图6 LM3404典型应用电路图

　　图中，Rsns为取样电阻，可根据设计恒流值确定；Ron一般选用100k左右的电阻；可决定开关频率；L1为输出电感，可根据设计纹波及开关频率等参数确定。

　　 基于结温保护的LED电源设计

　　基于结温保护的LED驱动电路关键在于结温检测和如何保护。根据上述结温与LED正向电压的关系，测量LED光源的正向电压即可确定结温，但一般LED恒流驱动电路的纹波较大，为避免误保护，检测电路必须要对测量值进行滤波。另一方面，当结温超过设定值时的保护措施，如能使光源降低功率工作，整个灯具降级运行，是较为合理的方案。采用带模拟输入的低功耗的单片机，可以对检测数据进行数字滤波，并通过PWM输出控制驱动调节LED光源功率，可简化检测电路和控制电路的设计。

　　Microchip公司PIC12F675具有可编程的4通道模拟量输入、10位分辨率模数转换的低功耗在线可编程的单片机，其内置看门狗、4MHz振荡器、128字节EEPROM，单字节指令系统，8脚封装。是一款简单实用的、性价比较高的单片机。将LED光源的正向电压经取样后接入PIC12F675的模拟输入端，经AD转换、去除粗大误差、取多个数据的均值作为结温判断依据，输出PWM信号对恒流驱动芯片进行控制，以达到调节输出功率的效果。

　　此外，根据测量值还可以进行开路判断，从而也简化了开路保护电路。

　　仍以光源部分由4并6串中功率LED芯片组成的筒灯为例，设计恒流值为600mA，结温保护点为80℃左右，根据式（1）得出其光源电压保护点为18.68V，即光源两端的电压低于18.68V时，LED结温会超过80℃，此时驱动应采取保护措施。由LM3404和PIC12F675组成的基于结温保护的LED电源电路原理图如图7所示。

　　图7 基于结温保护的LED电源电原理图

　　原理图中，CX1、L1、L2组成输入EMC滤波电路，经AC/DC转换输出24V直流，如为电池供电的应急照明、太阳能照明、及车载照明等应用时，则该部分省略。R1、LM3404、C4、D1、L3、R7组成典型的恒流驱动电路，对于4并6串的LED中功率芯片组成的光源模块，取样电阻为0.39Ω。R2、R3、R4与LM431组成稳压电路，为PIC12F675提供稳定的5V电源和内部AD转换的电压基准。

LM3404的输出经R5、R6分压后输入PIC12F675的模拟端口AN2，PIC12F675经内部AD转换、计算获取LED光源