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如何使用溫度傳感器在汽車照明中實(shí)現(xiàn)線性熱折返

發(fā)布時(shí)間:2021-05-01 責(zé)任編輯:wenwei

【導(dǎo)讀】溫度是汽車發(fā)光二極管(LED)前照燈和尾燈應(yīng)用中的一大問題。LED可承受高環(huán)境溫度,同時(shí)在大電流下驅(qū)動(dòng)以產(chǎn)生必要的亮度。這些高環(huán)境溫度與大工作電流相結(jié)合,會(huì)使LED的結(jié)溫升高,通常僅額定溫度就高達(dá)150℃。結(jié)溫較高的情況下,特別是結(jié)溫與數(shù)據(jù)表規(guī)格不符時(shí),可能會(huì)損壞LED并縮短LED壽命。那么,應(yīng)如何做來(lái)降低LED的結(jié)溫呢?
 
等式1表示每個(gè)LED消耗的電功率:
 
如何使用溫度傳感器在汽車照明中實(shí)現(xiàn)線性熱折返
 
其中:Vf 是LED的正向電壓,ILED是通過LED的電流。等式2是結(jié)溫的通式:
 
如何使用溫度傳感器在汽車照明中實(shí)現(xiàn)線性熱折返
 
其中:TJ 是結(jié)溫,TA 是環(huán)境溫度,θJAP是以攝氏度每瓦測(cè)量的LED結(jié)環(huán)熱阻。
 
將電功率等式代入結(jié)溫方程可得到等式3:
 
如何使用溫度傳感器在汽車照明中實(shí)現(xiàn)線性熱折返
 
LED正向電壓和熱阻都是LED封裝的特性。顯然,在不同的環(huán)境溫度下,LED電流是唯一的控制參數(shù),其可驗(yàn)證LED結(jié)溫是否符合最大規(guī)格。
 
為了改變通過LED的電流,您需要將環(huán)境溫度測(cè)量值反饋至LED的驅(qū)動(dòng)電路。設(shè)計(jì)人員經(jīng)常使用負(fù)溫度系數(shù)(NTC)熱敏電阻來(lái)測(cè)量環(huán)境溫度。而這些NTC熱敏電阻會(huì)隨環(huán)境溫度的變化改變其電阻,因此設(shè)計(jì)人員需要測(cè)量NTC熱敏電阻兩端的電壓,然后將該測(cè)量值轉(zhuǎn)換為溫度。
 
然而,NTC熱敏電阻的一大問題在于其電阻隨著溫度的升高而非線性地減小。此外,由于電阻非線性地減小,其電流消耗會(huì)使溫度呈指數(shù)級(jí)升高。由于通過LED的電流與溫度成線性比例,因此擁有非線性器件需要一些外部電路或微控制器來(lái)線性化NTC熱敏電阻電壓,并正確地調(diào)節(jié)通過LED的電流。
 
TI LMT87-Q1等模擬輸出溫度傳感器集成電路(IC)能夠產(chǎn)生跟蹤環(huán)境溫度的電壓,使用該器件可以簡(jiǎn)化總體溫度測(cè)量電路,便于您實(shí)現(xiàn)線性熱折返曲線。溫度傳感器的輸出可直接反饋到產(chǎn)生LED用電流的器件中,而無(wú)需加裝外部電路或微控制器以使NTC熱敏電阻輸出線性化。這樣一來(lái),需要的組件更少,且無(wú)需使用微控制器即可實(shí)現(xiàn)熱折返。
 
圖1中對(duì)NTC熱敏電阻和模擬溫度傳感器方法的使用進(jìn)行了對(duì)比。圖2所示為NTC熱敏電阻電壓相較于LMT87-Q1輸出電壓的非線性。
 
如何使用溫度傳感器在汽車照明中實(shí)現(xiàn)線性熱折返
圖1:NTC熱敏電阻熱折返與模擬溫度傳感器熱折返解決方案
 
如何使用溫度傳感器在汽車照明中實(shí)現(xiàn)線性熱折返
圖2:LED驅(qū)動(dòng)器在整個(gè)溫度范圍內(nèi)的電壓輸入
 
圖2所示為NTC熱敏電阻兩端的電壓與LMT87的輸出電壓之間的差異。將NTC熱敏電阻與10kΩ的電阻器串聯(lián)在一起(NTC熱敏電阻的B25/85值為3435K,R25為10kΩ),可計(jì)算出NTC熱敏電阻的電壓。
 
雖然不違反結(jié)溫非常重要,但熱折返會(huì)使LED的發(fā)光度發(fā)生改變。發(fā)光度實(shí)際上就是LED的亮度。LED具有稱為熱滾降的特性,該特性基本上是在高溫下降低的光效率。因此,雖然允許LED的結(jié)溫非常高,但不能嚴(yán)重違反其最大規(guī)格,否則可能會(huì)導(dǎo)致亮度低于預(yù)期或需要的亮度。
 
決定LED發(fā)光度的另一大主要因素是照明模塊中使用的光學(xué)設(shè)備。因此,雖然熱折返需要線性運(yùn)行,您可能需要在不同位置鉗制曲線。在設(shè)計(jì)系統(tǒng)的熱折返功能時(shí),必須將所有這些動(dòng)態(tài)因素考慮在內(nèi)。
 
欲了解有關(guān)線性熱折返的更多信息和使用TI模擬溫度傳感器更改熱折返曲線的簡(jiǎn)單方法,請(qǐng)參見TI汽車日間行車燈(DRL)具有線性熱折返功能的LED驅(qū)動(dòng)器參考設(shè)計(jì)TI設(shè)計(jì)(TIDA-01382)。
 
其他信息:
 
●     了解更多有關(guān)汽車照明的信息
●     在矩陣LED前照燈多通道溫度傳感參考設(shè)計(jì)中實(shí)現(xiàn)熱折返的不同拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)
●     了解有關(guān)在汽車照明中實(shí)現(xiàn)PWM精確調(diào)光的更多信息
 
 
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