高功率LED照明的散热控制方案设计

如果热敏电阻在控制电路中的作用是，在温度升高时降低电流，那么它也有可能在温度降低时提高电流。这可能会导致LED的瞬态过热，并使得结温超过其额定值。LED的自发热问题可以自我控制的方法解决，但其隐含的热应力问题是我们不希望看到的。因此更好的方法是采用一个钳位配置，以确保电流不会随著温度下降而继续增加。

图3显示了一个典型的采用简单热控制的降压稳压器例子。它的优势是利用了Zetex半导体公司ZXLD1350的ADJ引脚。通过使用一个PNP晶体管作为发射极跟随器和使用该引脚的内部250kΩ电阻作为负载来过驱该引脚，LED电流将与热敏电阻成比例地下降。随着温度下降，热敏电阻的阻值增加，但由于基准(base)电压增加超出了ADJ参考电压，该晶体管就会关闭，LED仅获得其最高设置电流，从而有效地钳住低温响应。

图3：采用简单热控制的降压稳压器

匹配某一给定LED的热降额曲线将取决于许多因素，就如前面所讨论的一样。良好的热模型将有助于第一次就完成匹配，但也很可能需要一些试验才能匹配触发点(trip point)和增益系数。图4显示了采用图3电路的一些测试结果。

图4：采用图3电路的一些测试结果

应当指出的是，如果图3的热控制电路靠近LED，那么晶体管将受到LED自发热的影响。这将增加约-2.2mVC的变暗效果。

热敏电阻或其它温度传感器也可以与PWM热控制结合使用。图5显示了一个简单的框图。

图5：PWM热控制框图

亮度的PWM控制是许多高亮度LED制造商的首选方法，这是因为它可使得LED在整个亮度调节范围内保持其颜色特征。这一点在RGB混色应用中尤其重要。这是很难实现的，但一般来说调光功能是比较受人欢迎的，而且该技术也开始侧重于微控制器接口实现。

PWM调光通常采用高于眼睛闪烁频率100Hz的低频率。尽管设计者必须考虑该LED照明应用是否是一个便携式或固定应用，因为可能会发生的频闪效应要求采用更快的PWM频率。这是针对移动车辆或甚至手电筒照明的考虑。

如果PWM调光与一个开关稳压器配合使用，通常该技术用于快速调节LED电流。这将使EMI问题变得更加严重。它也可能使EMI问题变得更好，如果它有效地抖动开关频率，从而可减少准峰值EMI信号。

这里也需要有音频方面的考虑。PWM频率越高，开关稳压器电感在PWM调光频率处共振的可能性就越高。这在1kHz处将比100Hz更加明显，部分原因是电感的更差基底响应和耳朵的频率响应。

尽管有所有这一切因素，但PWM调光仍然能提供一个更好的亮度控制。从模拟的而不是数字的角度来看，线性控制更容易实现。您可能需要考虑眼睛对亮度变化的对数响应。这可能导致要求使用对数电位器以产生明显的线性亮度控制。

结论

热控制是高亮度LED控制的一个非常重要方面。热敏电阻的正确应用提供了一个简单和通用的LED温度控制方法。这可以通过线性技术或开关技术做到。PWM控制提供了最好的总体方法，但必须小心考虑所有照明系统的要求，而不只是光的要求。