NTC热敏电阻在LED照明系统中应用分析

与任何其他半导体器件一样，高亮度，高功率LED（HBLED）会产生热量。众所周知，高温可以显着缩短HBLED的寿命并对亮度产生负面影响，因此需要进行温度控制。然而，为了控制温度，设计者首先需要确定如何监控LED管芯的温度，这正是LED照明系统中负温度系数（NTC）热敏电阻的作用。

不同的温度传感器件，包括二极管，片上传感器，正温度系数（PTC）热敏电阻和电阻温度检测器（RTD），可用于LED照明应用，以保护HBLED免于过热。然而，在许多这些应用中，NTC热敏电阻通常是温度传感和控制的首选，主要是因为它们的封装尺寸小且具有吸引力的性价比。

将NTC热敏电阻与不同的温度传感解决方案进行比较，Vishay非线性电阻器应用支持和设计高级经理Bruno Van Beneden指出，二极管精度低，温度范围有限;片上传感器具有更高的成本和有限的温度范围; PTC热敏电阻在非常有限的温度范围内具有有限的精度，并且RTD通常成本太高，Ni薄膜RTD可能除外。

NTC热敏电阻对温度变化的敏感度，即使是小幅增加，也能使该器件用于温度传感/控制应用。这些器件允许LED在整个温度范围内承受更高的电流（通过补偿），以提高LED的使用寿命。可以通过NTC热敏电阻根据环境温度控制电流，如图1所示。

图1：NTC热敏电阻可以通过感应温度控制电流，是用于过热警报和关机功能。 （由Panasonic提供）

“NTC热敏电阻允许HBLED在给定的使用寿命内以其全部工作能力使用，这意味着在较低的环境温度下电流较高，在温度升高时适应较低的电流以增加寿命仍然保证良好的流明输出，“Vishay的Van Beneden解释道。

NTC热敏电阻有多种封装选择，可以兼容LED基板和LED驱动电路在物理上分开的遥感应用，以及LED驱动基板组合应用。

一些例子表明，表面贴装和引线NTC热敏电阻都可以在远程和紧凑型LED照明应用中找到家。

如果LED和控制电路靠近安装在一起，例如在小型LED灯中，设计人员通常会选择SMD器件并将其安装在非常靠近控制电路的位置。在这个例子中，NTC热敏电阻对温度变化作出快速反应以控制电路。请记住，传感器越小，加热它们所需的能量就越少。

NTS SMD，如Vishay的NTCS0805E3，NTCS0603E3和NTCSMELFE3器件以及Panasonic的ERT-J系列，可用于这些小型应用，直接安装在印刷电路板（PCB）或基板上。这些SMD器件通常用于驱动器和LED位于一个受限区域的应用中。热敏电阻必须靠近LED，以便它们能够感应LED温度。

“使用NTC热敏电阻，您可以更接近LED的允许电流曲线，从而在保持LED寿命的同时实现更高的亮度，”Leonard A.（Len）Metzger，高级美国松下工业设备销售公司的无源电子元件应用工程师（图2）。

图2：模拟两个电路，有无电路NTC热敏电阻，带有热敏电阻的电路2可以为LED提供更高的电流温度。 （由Panasonic提供）

如果控制电路与LED基板分开，例如在更大的照明外壳中取代管发光（TL）灯，设计人员可能会选择需要与长引线连接的远程传感器。对于该解决方案，NTC具有一些优势，因为它们具有许多安装选项，并且作为小型设备，它们对温度变化的反应非常快，使其成为更好的技术和经济选择之一。

在任何情况下，传感器都需要安装在靠近产生热量的LED基板上。这种类型的设计可以使用表面安装或引线部件，用螺钉，胶水或热粘合到基板上。

设计人员还需要考虑NTC热敏电阻的电阻范围和容差，电阻温度系数（温度灵敏度）和温度精度。

根据Van Beneden的说法，在远程应用中，根据基板或安装平台的尺寸，温度也需要以良好的精度进行检查，并至少遵循相同的温度升高。 Vishay的mini Lug NTCALUG03非常适合这些应用。在温度上升超过+ 2°C/s后，该设备速度很快，并且该温度在2°C至3°C的限制范围内是准确的。

Van Beneden补充说，SMD NTC也可用于并安装在LED裸片基板上，以远程感知最关键的温度区域。

Vishay建议寻找具有中等至精度（+/- 2°C至+/- 5°C）的设备，这对于良好的绝对温度传感和安全操作的HBLED非常重要。

安装选项

NTC热敏电阻有多种安装选择。它们可以用螺丝，胶合，压制或粘合。 NTC热敏电阻与LED基板的连接非常重要，因为它直接与传感精度和响应时间有关。例如，NTC热敏电阻与基板粘合的方式会影响两者之间的热阻。 Van Beneden说：“与电路板或基板的电气和热连接以及传感器相对于LED管芯的确切位置对于精度，响应时间和热梯度非常重要。”

在理想情况下无法安装传感器的情况下，“某些逻辑总是可以考虑一些放置问题，”Van Beneden指出。

设计师的一个警告是，NTC热敏电阻供应商并非都在其产品组合中提供相同的组件。与其他无源元件不同，数据表并不总是提供相同的值，在这种情况下是电阻值，这使得系统设计人员的工作有点棘手。然而，许多LED驱动器制造商将在其应用说明中指出NTC热敏电阻的要求，例如100kΩ，具有一定的B值。

NTC热敏电阻参考电阻值取决于驱动器逻辑和使用情况，但大多数情况下可选择10kΩ至100kΩ。 Van Beneden表示，这取决于安全的工作温度范围以及该范围内所需的精度/稳定性。