如何实现LED照明设备过热保护？
随着led照明设备（发光二极管）的性能不断提高，价格日渐低廉，其市场也迅速扩大。led照明设备已实现了低价化，然而，与传统的白炽灯，荧光灯相比，作为照明设备的实绩仍然欠佳，人们指出其安全性的课题。虽然led具有高效照明，低耗电的特点，但是作为高亮度的led元件本身却处于异常的高温状态。
本文将介绍使用村田制作所的陶瓷ptc热敏电阻“posistor”来简单实现led照明设备过热保护的方法，能够达到低成本，提高led照明设备的安全性。
演示板说明
图1：村田制作所展出的发光二极管（led）演示板
在该led演示板上装载5个表面贴装型led，在其正下方的电路板背面配置了小型陶瓷加热器。液晶显示器显示led附近的电路板温度。右下方的照片表示电路板背面的加热器对led进行强制加热。led附近的温度达到80℃以上，过热的led亮度大幅度下降。这是由于led附近安装的ptc热敏电阻“posistor”的作用，流过led的电流受到限制。
这样，在led本身异常发热或因外部原因使led周围温度异常升高时，通过降低led的亮度，可防止led继续不断地发热，从而防止照明设备的冒烟、燃烧等严重事态的发生。
图2是此类led演示板的电路示意图。在5个并联的led上施加了恒定电压5v。通过双晶体管，在led上串联固定电阻（r）和“posistor”（rptc），其合成电阻（r和rptc）则限定了流过led的最大电流。晶体管具有的作用是：控制“a”的电位，由此接通及断开流过led的电流，并且依靠pwm控制进行led的亮度调节。
在“a”的电位为“on”时，在双晶体管的“tr2”的基极和发射极之间的电压（vbe）约固定为0.7v左右。因此，流过led的电流（iled ）的数值仅根据串联电阻（r+rptc）而决定。例如，在温度为250℃时，电阻（r十rptc）为3. 5ω，led的电流就为200ma。
为什么一旦达到高温，图1右侧led的亮度就会大幅度下降呢？我们通过图3来进行一下解释。
图3：相对“posistor”试制件的电阻温度特性和温度的led电流
装在led演示板上的是贴片型“posistor”试制品，当温度达到25℃时的电阻值为0.5ω。“posistor”是一种具有正温度系数特性的陶瓷热敏电阻。它的特点是在特定的温度下其电阻值可快速增加1000倍以上。该“posistor”试制品的电阻和温度特性曲线如左图所示。由于在led演示板上，3.0ω的固定电阻（r）和“posistor”的电阻（（rptc）串联，其等效电阻（r十rptc）也会随温度产生变化。
该等效电阻决定流过led的电流（iled）。如右图表所示，如果温度为40℃以下，led电流大致恒定，约为200ma。如果温度超过40℃以上，通过led的电流被有效限制，在80℃时达到40ma以下。
只要在决定led电流的限流电阻加上“posistor”，就能够构筑此类过热保护结构。即使led因某些原因处于高温状态，如果具备此类过热保护结构，led就不会在处于高亮度点亮状态下进一步发热。采用这种简单的方法，可防止led引起冒烟、燃烧等严重事态的发生。无需采用复杂的温度检测功能及判定用逻辑元件，以及led的电流控制功能。
但是，即使在高温时，也并非完全切断电流，还是有一定程度的电流（例如，在80 ℃时，约40ma）流过led。像照明设备一样，有时灯光完全熄灭却反而有危险，所以，该特点最为适合。
并且，对普通led元件将相对环境温度的容许电流作为标准予以强调。如果工作电流超过该容许电流，则会趋于劣化，降低寿命。如果按图3右图所示能够限制电流，则能够达到与led元件的允许电流曲线一致的电流控制。
上例仅为采用“posistor”的试制件。目前，村田制作所正在致力于开发在形状、电阻值、使电阻值上升的温度点等参数上最适合led照明设备的“posistor”。
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在该led演示板上装载5个表面贴装型led，在其正下方的电路板背面配置了小型陶瓷加热器。液晶显示器显示led附近的电路板温度。右下方的照片表示电路板背面的加热器对led进行强制加热。led附近的温度达到80℃以上，过热的led亮度大幅度下降。这是由于led附近安装的ptc热敏电阻“posistor”的作用，流过led的电流受到限制。
这样，在led本身异常发热或因外部原因使led周围温度异常升高时，通过降低led的亮度，可防止led继续不断地发热，从而防止照明设备的冒烟、燃烧等严重事态的发生。
图2是此类led演示板的电路示意图。在5个并联的led上施加了恒定电压5v。通过双晶体管，在led上串联固定电阻（r）和“posistor”（rptc），其合成电阻（r和rptc）则限定了流过led的最大电流。晶体管具有的作用是：控制“a”的电位，由此接通及断开流过led的电流，并且依靠pwm控制进行led的亮度调节。
在“a”的电位为“on”时，在双晶体管的“tr2”的基极和发射极之间的电压（vbe）约固定为0.7v左右。因此，流过led的电流（iled ）的数值仅根据串联电阻（r+rptc）而决定。例如，在温度为250℃时，电阻（r十rptc）为3. 5ω，led的电流就为200ma。
为什么一旦达到高温，图1右侧led的亮度就会大幅度下降呢？我们通过图3来进行一下解释。
图3：相对“posistor”试制件的电阻温度特性和温度的led电流
装在led演示板上的是贴片型“posistor”试制品，当温度达到25℃时的电阻值为0.5ω。“posistor”是一种具有正温度系数特性的陶瓷热敏电阻。它的特点是在特定的温度下其电阻值可快速增加1000倍以上。该“posistor”试制品的电阻和温度特性曲线如左图所示。由于在led演示板上，3.0ω的固定电阻（r）和“posistor”的电阻（（rptc）串联，其等效电阻（r十rptc）也会随温度产生变化。
该等效电阻决定流过led的电流（iled）。如右图表所示，如果温度为40℃以下，led电流大致恒定，约为200ma。如果温度超过40℃以上，通过led的电流被有效限制，在80℃时达到40ma以下。
只要在决定led电流的限流电阻加上“posistor”，就能够构筑此类过热保护结构。即使led因某些原因处于高温状态，如果具备此类过热保护结构，led就不会在处于高亮度点亮状态下进一步发热。采用这种简单的方法，可防止led引起冒烟、燃烧等严重事态的发生。无需采用复杂的温度检测功能及判定用逻辑元件，以及led的电流控制功能。
但是，即使在高温时，也并非完全切断电流，还是有一定程度的电流（例如，在80 ℃时，约40ma）流过led。像照明设备一样，有时灯光完全熄灭却反而有危险，所以，该特点最为适合。
并且，对普通led元件将相对环境温度的容许电流作为标准予以强调。如果工作电流超过该容许电流，则会趋于劣化，降低寿命。如果按图3右图所示能够限制电流，则能够达到与led元件的允许电流曲线一致的电流控制。
上例仅为采用“posistor”的试制件。目前，村田制作所正在致力于开发在形状、电阻值、使电阻值上升的温度点等参数上最适合led照明设备的“posistor”。
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