LED热管理： 一个散热器够用吗？

热折返

考虑到制造商规定的前向电流额降，设计师现在能够依靠LED驱动器来提供有帮助的控制机构，从而对LED提供热保护。由于多数新的LED驱动器具有调光输入，因此几乎总有一个简单的方法来降低向LED的输出电流。鉴于此，可以设计一个电路来检测靠近LED的温度。如果系统有良好的热阻特点，那么LED的结点温度就能通过测量来内推。

图3 ：基本热折返概况

因此，LED驱动器可以按照如图3所示的需求来维持或降低调节电流。该图可以改变，并且基本上与制造商的数据表规范相吻合，也可将其绘制的更保守一些。无论用什么方式，都要保护LED免受电流过剩与过热的损害。特别是，可以依据所需减少对散热器要求，因为最差条件导致的热逸散能被去除。

热折返可在许多方面应用。最常见和最简单的方法是使用一个NTC热敏电阻测量LED附近的温度，如图4所示。NTC热敏电阻是一个随温度降低而增大，随温度增大而减小的电阻。如果电阻分压器设定值偏离基准电压，并且底部电阻器是一个热敏电阻，那么分电压将随温度增加而降低。假如将该电压钳制在低于基准电压的最大电压上，那么对于一些上升至最大温度断点（TBK）的温度范围来说，该电压就被固定为钳位电压。然而，对于高于TBK的温度而言，电压将下降，如图3所示。这个电压可以用来控制LED驱动器的模拟调光输入以实施基本热折返。

在对LED调光时，折返图形会有不同。由于标称LED电流水平（ILED-NOM）被降低为调光电流水平（ILED-DIM），可对折返图加以修正以与新的温度断点(TBK-DIM）相适应。这扩大了LED使用的温度范围，如图3所示。可根据不同器件，分步或连续完成。

另外一个变体是额外的最小LED电流(ILED-MIN)钳制，用来防止LED电流为零；同见图3。有许多应用中，终端用户出于安全原因，不想要成套的热折返。而使用这个特性，最小需求电流钳制可以允许系统不受安全运行范围约束。然而，就这一点而言，用户情愿以缩短使用寿命为代价来换取短期功能。

图4 ：基本热折返电路

图5 ：使用LM3409的带有热折返的100W街灯

街灯举例

一个标准的街灯暴露于苛刻的环境条件中，且在整个使用寿命期间，由于各种原因，机械散热器的性能可能会降低。这种性能的降低极大地增加了总热阻θJA，而且最终将导致更高的LED结点温度从而缩减使用寿命。为满足市政设施关于使用寿命的要求，在街灯中热折返几乎总是必要的。

图5所示为一个100W的街灯应用。前端交流-直流转换器获得一个120V交流电输入，然后将其转换为35V直流输入。第二阶段是一个LM3409恒流降压型LED驱动器，负载为6串并联，其中每串串联8只LED；每串驱动电流为700mA。

LM3409用简单的磁滞控制方法调节电流。在主开关(Q1)接通期间，电感器电流斜升至由IADJ引脚设置的峰值电流阈值。一旦达到该阈值，Q1关断并且电感器电流斜降，直到程控关断计时器停止。关断计时器的程控是通过来自输出电压的RC实施的。这使得计时器与输出电压成正比，结果导致电感器电流纹波和随后的原本恒定的LED电流纹波超越运行范围。

在IADJ上降低电压（从1.24V降至0V），平均LED电流的持续模拟调光能够很容易实施。假如IADJ的电压达到或高于1.24V，那么应调整LED的最大标称电流。当IADJ引脚电压降至1.24V时，电流开始调光，对执行热折返提供了一个极好的方法。

该应用中的热折返电路比以前描述的更加基本化，仅利用一个IADJ附加的NTC热敏电阻。NTC热敏电阻的阻值将高于250kΩ（IADJ大于1.24V），直到温度达到要求的断点。然后作为NTC的一个功能，电阻降低，同时分别降低了IADJ的电压和LED电流。

应该注意的是NTC从电阻到温度的转换功能是非线性的。这种非线性延长了出现真正零电流的边界点温度（TEND）。在街灯应用中，热折返的线性不属于最高等级。事实上街灯的寿命结束时间通常规定为其亮度降至初始亮度的70%时；因此，精确的热折返图对于街灯设计人员来讲根本没有意义。也就是说，如果需要的话，一个精密的温度传感器就能很容易地用于更为线性的热折返图绘制。

图6 ：使用LM3409的带有热折返的15W 手电筒

手电筒举例

图6所示为一个使用LM3424的较复杂的热折返器件。这个应用是一个由LM3424组成的15W调光军用手电筒，该LM3424控制6个串联LED，驱动电流为700mA，电池电压为9V。因为在调光时，串电压发生变化，从24V到低于9V，所以多重拓扑结构LM3424用作一个降压-升压控制器。需进行LED模拟调光以对其简洁性、大小和成本进行评估。

LM3424用传统的误差信号放大器调节闭合环路中的输出电流。在LED组件顶端对LED平均电流区别检测。主开关(Q1)的占空比动态上得以改变，以确保可随时进行调整。

LM3424具有一个集成在芯片上的完全可编程热折返电路。折返断点由电阻分压器按照TREF进行设置，内部基准电压3V(VS)。温度传感是使用传感器或NTC分压器在TSENSE的情况下实施的。当TSENSE电压降低至预定TREF电压时，电路开始根据图7所示对LED进行调光。热折返的斜率可由安装在TGAIN到GND之间的电阻(RGAIN)设定。假如使用一个精密的温度传感器，例如LM94022，可以获得一个高级的线性图。