基于结温保护的LED驱动设计

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。

3 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光源的正向电压，根据设定值程序产生PWM信号，通过GP4引脚接入LM3404的DIM端对其输出功率进行调整。

PIC12F675初始设置GP4输出高电平，如测得LED正向电压在合理范围内，则维持高电平输出使LM3404正常工作；如LED正向电压逐渐变低并低于设定值18.68V,则在GP4引脚输出PWM信号，其占空比可依次降低，直至LED正向电压低于设定值。当测得LED正向电压很高时可判定输出开路， PIC12F675可输出低电平关闭LM3404的输出。

需要指出的是，输出电压取样包含了用于LM3404恒流控制的电流取样电压约0.23V,在PIC12F675的计算程序中应予以调整。

PIC12F675的程序框图见图8.

图8 单片机程序框图

4 结语

对于由4并6串中功率LED组成的12W筒灯，在采用上述驱动方案的试验中，人为向散热外壳吹热风或光源与散热外壳接触脱离时，LED光源将迅速变暗，光源基板温度随之下降，有效地保护了光源本身。当使灯具恢复正常状态后，LED光源亮度也很快恢复正常。

实际应用中，结温超出设定值的原因很多，如恶劣的环境、散热器接触问题、或在强制风冷条件下的风机停转等。结温升高将导致LED光源的正向电压下降，特别在光源由多个LED串联的情况下，下降幅度十分明显。

通过检测LED光源正向电压的方法，间接测量结温，并应用单片机调节LED光源的功率，可大大提高整体灯具的可靠性和寿命。此外，基于结温保护的LED电源由于利用单片机进行控制，很容易扩展其它功能。如作为路灯，可通过编程使后半夜降低功率运行，从而进一步节能和延长灯具寿命；加入其它传感器，可实现按需照明；加入远程通讯模块，可以使灯具组成智能控制网络等等。

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