如何用PTC熱敏電阻實現(xiàn)LED照明設(shè)備過熱保護？

隨著LED照明設(shè)備(發(fā)光二極管)的性能不斷提高，價格日漸低廉，其市場也迅速擴大。LED照明設(shè)備已實現(xiàn)了低價化，然而，與傳統(tǒng)的白熾燈，熒光燈相比，作為照明設(shè)備的實績?nèi)匀磺芳?，人們指出其安全性的課題。雖然LED具有高效照明，低耗電的特點，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”來簡單實現(xiàn)LED照明設(shè)備過熱保護的方法，能夠達到低成本，提高LED照明設(shè)備的安全性。

演示板說明

圖1所示為村田制作所展示的發(fā)光二極管(LED)演示板的外觀照片。

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LED進行強制加熱。LED附近的溫度達到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，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控制進行LED的亮度調(diào)節(jié)。

圖2：LED演示板線路圖

在“A”的電位為“ON”時，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，電阻(R十RPTC)為3. 5Ω，LED的電流就為200mA。

為什么一旦達到高溫，圖1右側(cè)LED的亮度就會大幅度下降呢?我們通過圖3來進行一下解釋。

圖3：相對“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)溫度達到25℃時的電阻值為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℃時達到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結(jié)構(gòu)，LED就不會在處于高亮度點亮狀態(tài)下進一步發(fā)熱。采用這種簡單的方法，可防止LED引起冒煙、燃燒等嚴重事態(tài)的發(fā)生。無需采用復(fù)雜的溫度檢測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，也并非完全切斷電流，還是有一定程度的電流(例如，在80 ℃時，約40mA)流過LED。像照明設(shè)備一樣，