隨著LED照明設備(發光二極管)的性能不斷提高，價格日漸低廉，其市場也迅速擴大。LED照明設備已實現了低價化，然而，與傳統的白熾燈
，熒光燈相比，作為照明設備的實績仍然欠佳
，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元件本身卻處於異常的高溫狀態。

本文將介紹使用村田製作所的陶瓷PTC熱敏電阻“POSISTOR”來簡單實現LED照明設備過熱保護的方法，能夠達到低成本，提高LED照明設備的安全性。

演示板說明

圖1所示為村田製作所展示的發光二極管(LED)演示板的外觀照片。

在該LED演示板上裝載5個表麵貼裝型LED，在其正下方的電路板背麵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麵的加熱器對LED進行強製加熱。LED附近的溫度達到80℃以上，過熱的LED亮度大幅度下降。這是由於LED附近安裝的PTC熱敏電阻“POSISTOR”的作用

，流過LED的電流受到限製。

這樣，在LED本身異常發熱或因外部原因使LED周圍溫度異常升高時，通過降低LED的亮度，可防止LED繼續不斷地發熱，從而防止照明設備的冒煙、燃燒等嚴重事態的發生。

圖2是此類LED演示板的電路示意圖。在5個並聯的LED上施加了恒定電壓5V。通過雙晶體管
，在LED上串聯固定電阻(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：控製“A”的電位，由此接通及斷開流過LED的電流，並且依靠PWM控製進行LED的亮度調節。


在“A”的電位為“ON”時，在雙晶體管的“TR2”的基極和發射極之間的電壓(VBE)約固定為0.7V左右。因此，流過LED的電流(ILED )的數值僅根據串聯電阻(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。

為什麼一旦達到高溫
，圖1右側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。

裝在LED演示板上的是貼片型“POSISTOR”試製品，當溫度達到25℃時的電阻值為0.5Ω。“POSISTOR”是一種具有正溫度係數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”試製品的電阻和溫度特性曲線如左圖所示。由於在LED演示板上


，3.0Ω的固定電阻(R)和“POSISTOR”的電阻((RPTC)串聯，其等效電阻(R十RPTC)也會隨溫度產生變化。

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的電流被有效限製
，在80℃時達到40mA以下。

隻要在決定LED電流的限流電阻加上“POSISTOR”，就能夠構築此類過熱保護結構。即使LED因某些原因處於高溫狀態，如果具備此類過熱保護結構
，LED就不會在處於高亮度點亮狀態下進一步發熱。采用這種簡單的方法，可防止LED引起冒煙、燃燒等嚴重事態的發生。無需采用複雜的溫度檢測功能及判定用邏輯元件，以及LED的電流控製功能。

但是，即使在高溫時，也並非完全切斷電流
，還是有一定程度的電流(例如，在80 ℃時，約40mA)流過LED。像照明設備一樣
，有時燈光完全熄滅卻反而有危險，所以，該特點最為適合。

並且，對普通LED元件將相對環境溫度的容許電流作為標準予以強調。如果工作電流超過該容許電流，則會趨於劣化，降低壽命。如果按圖3右圖所示能夠限製電流
，則能夠達到與LED元件的允許電流曲線一致的電流控製。

上例僅為采用“POSISTOR”的試製件。目前，村田製作所正在致力於開發在形狀、電阻值、使電阻值上升的溫度點等參數上最適合LED照明設備的“POSISTOR”。
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使用現有“POSISTOR”的方法

目前，將現有的“POSISTOR”與LED驅動芯片組合
，能夠實現與上述演示板所示完全相同的功能。圖4為該電路的示意圖。


如左圖所示，當LED驅動芯片具有溫度檢測用端口時

，使用固定電阻和“POSISTOR”串聯而組成的等效電阻的溫度特性，能夠實現過熱保護功能。以下使用圖5說明其原理。
左圖表示現有的貼片型“POSISTOR PRF”係列的電阻溫度特性。在25℃時的電阻值均為470Ω，但電阻值快速上升的初始溫度根據品種而不同。如果將該PRF係歹J(RPTC)與3.0kΩ的固定電阻((R)串聯，其等效電阻(R+RPTC)在溫度25℃時可達到3.47kΩ。


對該等效電阻上施加3.3V(Vref)的恒定電壓
，用10kΩ的固定電阻(Rd)進行分壓的分壓電位(Vout)如右圖所示。在室溫附近為大致恒定的電壓(約為0.85V)，一旦達到規定的溫度，電壓就急劇上升。例如
，在使用PRF係列“BE”特性品時，當溫度達到100℃,  Vout就上升到2.75V。如果是“BC”特性品在120℃時
，電壓為2.75V。

LED驅動芯片將此類電壓變化作為溫度信息予以接受。例如，在接受的電壓超過2.75V時，能夠實現熄滅LED的關燈功能。由此可見，使用“POSISTOR”的優點為：驅動芯片側電路和控製邏輯非常簡單。通常，在此類過熱檢測電路中，根據LED和傳感器元件的溫度差，LED周圍的散熱機構的差異等影響，各照明設備的傳感器元件所必須檢測的溫度會變化。對於這種溫度變化，隻要改變“POSISTOR”depinzhongjiunenggouyingdui。erzaiqudongxinpiancedeyuzhidianyadeshedinghewendujianceluojidianludengzewanquanxiangtong。youyubuxuyaozaijiancedianluzuorenhebiangeng，jiunenggoujieshengshejiderengongheshijian。

另外，如果能夠將右圖所示的電壓變化方式直接用於控製LED電流，則能夠實現如同LED演示板所詮釋的保護功能，即在所期望的溫度值下快速有效限製LED電流
，而又不會使LED完全熄滅。

另外
，在如圖4右圖那樣，在LED驅動芯片具有LED最大電流設定端口時，可利用圖5左圖那種電阻值變化方式，直接用於控製LED電流。即使不使用在LED演示板上那種“POSISTOR”試製品
，使用現有的芯片“POSISTOR” PRF係列也可能實現完全相同的保護功能。


表1是現有的貼片型“POSISTOR”PRF係列的規格參數表。

在本文中介紹的，將PRF係列與LED驅動芯片組合使用的方法已經在某些LED照明設備中采用。使用包含在開頭所述的試製品而獲得的此類簡單的過熱保護功能
，對實現LED照明設備的低價化和確保安全性作出了貢獻。

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