LED過溫度保護線路
(圖一)為電流控制IC，MBI1801，搭配LED過溫度保護線路。圖中的負溫度係數熱敏電阻（NTC Thermistor）可接在LED板上以感測LED的溫度。當LED的溫度升高時，熱敏電阻的阻值會隨之降低，此時V2電壓也會隨之升高。當V2電壓超過V1的電壓值時，LED的電流會開始下降直到溫度平衡，反之亦然。
電路設計流程
LED過溫度保護電路的設計流程如下所示：
定義負溫度係數熱敏電阻阻值對溫度的變化曲線
負溫度係數熱敏電阻是本應用線路中最重要的元件，本文即是利用其阻值對溫度的變化曲線來設計的。因此定義出其阻值對溫度的變化曲線是首要的。
決定R2和R3
MBI1801需要一個電阻（Rext）以決定LED的預設電流，將其阻值拆成兩個電阻，R2和R3，便可以得到過溫度保護線路中的V1電壓值。
決定R4
當V1電壓決定了以後即代表該保護線路的啟動電壓也隨之決定了。設定V2電壓等於V1，並找出熱敏電阻在過溫度保護點的阻值後，R4的阻值便可由下列公式得到：
其中RNTC,tp為熱敏電阻在過溫度保護點的阻值。為了簡化計算，在本式中筆者省略了二極體D2的順向電壓。
選擇二極體D2
二極體D2的目的在於確保當V2電壓小於V1時，V1電壓值不會被V2所影響。但如果D2的順向電壓太高的話又會產生額外的誤差，因此建議使用低順向壓降的蕭特基二極體。
降低的LED電流
當V2電壓高於V1時，V1電壓會被拉高並降低LED的電流直到溫度平衡。此時的LED電流可由下式計算得到
其中VF,D2為D2的順向電壓，ILED為LED電流，VR-EXT為MBI1801 R-EXT pin的電壓。以下為參考本文所提出的設計流程而舉的例子
實例
假設有一高亮度的LED模組，其輸入電壓為13.5V，LED電流為1.2A，採取四串四並的連接方式。每一顆LED的順向電壓範圍為3.0V～3.2V。在沒有過溫度保護線路之下，其LED板的溫度下(表一)所示。
表一 加裝過溫度保護線路前LED板的溫度變化情形Vin=13.5V. VDD=5.1V. R2 = 18 0 Ω . R3 = 820 Ω |
||||
Time(min.) |
I LED (A) |
Temp. ( ℃ ) |
V REXT (V) |
V1 (V) |
0 |
1.219 |
25.1 |
1.252 |
1.025 |
5 |
1.219 |
82.4 |
1.252 |
1.024 |
10 |
1.217 |
90.3 |
1.251 |
1.023 |
20 |
1.217 |
93.4 |
1.251 |
1.023 |
30 |
1.217 |
96.6 |
1.251 |
1.023 |
40 |
1.217 |
97.1 |
1.251 |
1.023 |
50 |
1.217 |
103.1 |
1.251 |
1.022 |
60 |
1.215 |
104.4 |
1.250 |
1.022 |
從表一可以看到，在未加過溫度保護線路時，LED板的溫度在一小時後會上升至104.4℃，這個溫度可能會對LED產生損傷。以下為過溫度保護線路元件的設計流程，以及加裝該線路後LED板的溫度變化情形。
定義負溫度係數熱敏電阻阻值對溫度的變化曲線
100kΩ負溫度係數熱敏電阻的阻值對溫度變化曲線如(圖二)所示：
決定R2和R3
由於LED電流為1.2A，因此MBI1801所要使用的電阻(Rext)為
Rext = (VR-EXT / ILED) x 945 = (1.251V / 1.2A) x 945 = 0.985Ω
在此選擇Rext=1kΩ。在來將Rext分為兩個電阻值，在本例中筆者選擇R2=180Ω and R3=820Ω，由此算出V1=1.025V。
決定R4
在決定R4之前，要先決定過溫度保護點。在本例中設定過溫度保護點為85℃，也就是當LED板的溫度超過85℃時，LED電流會開始下降。從圖二中可以找出當溫度為85℃時，熱敏電阻的阻值為7.92kΩ。設定V2的電壓等於V1，因此R4可以計算得到
R4 = RNTC,tp / [(VDD / V2)-1] = 7.92kΩ / [(5.1V / 1.025)–1] = 1.992kΩ
在此選擇R4等於2kΩ。
選擇二極體 D2
本應用線路建議使用低順向電壓的蕭特基二極體，在此選擇順向電壓為0.5V的SCD32。
測試結果
(圖三)為MBI1801搭配LED過溫度保護線路的完整電路，其LED板對溫度和LED電流的變化情形如圖二所示。
表二 加裝過溫度保護線路後LED板的溫度變化情形Vin=13.5V. VDD=5.1V. R2 = 18 0 Ω . R3 = 820 Ω .R4=2K Ω ． |
|||||
Time(min.) |
I LED (A) |
Temp. ( ℃ ) |
V REXT (V) |
V1 (V) |
V2(V) |
0 |
1.225 |
27.1 |
1.250 |
1.024 |
0.099 |
5 |
1.226 |
84.9 |
1.250 |
1.024 |
0.993 |
10 |
1.168 |
90.8 |
1.249 |
1.029 |
1.050 |
20 |
1.104 |
94.6 |
1.247 |
1.040 |
1.075 |
30 |
1.104 |
94.6 |
1.247 |
1.040 |
1.072 |
40 |
1.104 |
94.4 |
1.247 |
1.039 |
1.072 |
50 |
1.086 |
95.8 |
1.247 |
1.044 |
1.079 |
60 |
1.091 |
95.8 |
1.247 |
1.042 |
1.078 |
結論
從(表二)中可以看到，在過溫度保護點（85℃）之前，LED電流維持一定。當LED板的溫度超過85℃後電流開始下降，和表一的測試情形比較，其溫度的上升情形也比較緩慢。20分鐘過後，LED板到達溫度平衡幾乎不再上升。由此可知，過溫度保護線路的確能對LED板做有效的溫度保護。要注意的是，過溫度保護線路的保護點不能設在正常工作時的溫度點以內，否則保護線路會提早啟動並影響LED的亮度。筆者建議將保護點設在比正常工作溫度高10℃，以避免誤動作發生。
