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用热敏电阻打造廉价LED恒流源解决方

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用热敏电阻打造廉价LED恒流源解决方案

过流保护热敏电阻

WMZD系列专门为LED照明做温度补偿的电阻,采用热敏电阻补偿法的LED恒流源,具有电路简洁,可靠性好,组合方便,经济实用,适用各种LED头灯,日光灯,路灯;车船灯,太阳能LED庭院灯;LED显示屏等对恒流的需求。是专门针对LED照明出现的由于温度引起的LED PN结电压VF下降,即-2mV/℃,称为PN结的负温效应。该特性在发光应用上是个致命的缺陷,直接影响到LED器件的发光效率、发光亮度、发光色度。比如,常温25℃时LED最佳工作电流20mA,当环境温度升高到85℃时,PN结电压VF下降,工作电流急剧增加到35mA~37mA,此时电流的增加并不会产生亮度的增加,称为亮度饱和。更为严重的是,温度的上升,引起光谱波长的偏移,造成色差。如长时工作在此高温区还将引起器件老化,发光亮度逐步衰减。同样,当环境温度下降至-40℃时,结电压VF上升,最佳工作电流将从20mA减小到8mA~10mA,发光亮度也随电流的减少而降低,达不到应用场所所需的照度。 为了避免上述特性带来的不足,一般在LED灯的相关产品上,通常采用如下措施:1.将LED装在散热板上,或风机风冷降温。2.LED采用恒流源的供电方式,不因LED随温度上升引起使回生电流增加,防止PN结恶性升温。或这两种方法并用。实践证明,这两种方法用于大功率LED灯(如广告背景灯、街灯)。确实是行之有效的措施。但当LED灯进入寻常百姓家就碰到如下问题了:散热板和风冷能否集成在一个普通灯头的空间内;采用集成电路或诸多元器件组成的恒流源电路,它的寿命不取于LED,而取决整个系统的某块“短板”;有没有吸引眼球的价格。用热敏电阻补偿法来解决LED恒流源问题,既经济又实用。 我公司生产了一种具有正温度系数的热敏电阻与负温度特性的LED串联,组成一个温度系数极小的电阻型负载。一旦工作电压确定后,串联回路中的电流,将不会随温度变化而变化。通俗地说,当LED随温度升高电流增加时,热敏电阻也随温度下降电阻变小,阻止了回路电流的减少。如果匹配得当,当环境温度在-40℃~85℃范围内变化,见图1。2:应用:从图1可见,采用热敏电阻温度补偿方法与采用集成电路等元件组成的恒源相比,热敏电阻温度补偿法只用1个热敏电阻元件就可解决LED恒流源问题,其价格、体积、寿命等优势不言而喻。我们采用的这种正温度热敏电阻WMZD,专为LED应用而研制的,其常用规格见表1,下面介绍一下该热敏电阻的应用特性。20mA LED恒流源WMZD-A20的应用

我们可以用1只WMZD-A20与5只LED(20mA)串联组成一个标准单元,它的LED恒流源电流20mA,工作电压U=3V+5×3.4V=20.0V。3V是WMZD-A20电阻压降,3.4V是LED的正向导通电压(或2.8V~4.2V),它的恒流特性见图1中的电流曲线II。

3.产品外形图片

应用电路与制作

注:用热敏电阻解决LED因温度变化而不能恒流的方案,使用本方案交流、直流电源均可,本方案不能解决供电电压变化引起的LED电流变化,仅对电源电压比较恒定的情况下有效,电压波动范围不能超过10%。如果电压波动超过10%应采取相应的稳压措施。比如220Vac(200Vac~240Vac),(交流电源只需要整流,不需要滤波)直流电电源4.5Vdc(4.0~5.0Vdc),超过这个电压波动范围,要采用稳压措施。

与一般LED恒流源相比,该标准单元有不怕负载开路的优点,也不怕负载短路,当短接5个LED后,回路电流急剧上升,引起WMZD温升,WMZD阻值迅速增大,可有效阻止电流继续上升。经过反复实验后发现,负载短路后,短路电流可由130 mA迅速下降到60 mA的稳定值,如在电源的允许范围内,不会损坏电源。

由多个5A20标准单元的串联组合,即可支持一定数量的LED,并获得相应的工作电压,比如用10个标准单元相串联的电路,可支持50个LED,灯,工作电压可接近200V。

型号 恒流电流单元工作电压单元电路WMZD-A2020mA

3V+VFX5

WMZD-A3030mA

3V+VFX5

WMZD-B100100mA0.65V+VFWMZD-B300300mA0.5V+VF也可以直接驱动一颗300mA大功率LEDWMZD-B350350mA0.5V+VF两个WMZD-B350并联可以直接驱动一颗700mA的大功率LED

VF为LED20mA时的导通电压

100mA LED恒流源WMZD-B100的应用

1只WMZD-B100与5只并联的LED (20mA)串联可以组成一个标准单元,它的LED恒流电流为100 mA,工作电压U=0.65V+3.4V=4.05V,0.65V是WMZD-B100的电阻压降,3.4V是LED后,短路电流可由600 mA迅速下降280 mA稳定值。

如果要增添LED的数量,可用多个标准单元并联组合,如下图2个B100并联可以驱动10个20mA的LED灯,如果要提高工作电压,可用多个标准单元的串联组合。如下图2个单元串联,供电电压为一个单元的2倍,依次类推。

WMZD-B100,WMZD-B300,WMZD-B350的扩展应用

典型的电路连接方法见下图,用2只B100电阻并联扩展成200mA LED恒流源,用于200mA的大功率LED,工作电压U=0.65V+VF。3只B100并联可扩展成300mA恒流源,用于300mA的大功率LED,工作电压U=0.65V+VF,以此类推。用2只B300电阻并联扩展成600mA LED恒流源,用于600mA的大功率LED,工作电压U=0.50V+VF。3只B300并联可扩展成900mA恒流源,用于900mA的大功率LED,工作电压U=0.50V+VF,以此类推。

WMZD的电流过补偿保护特性

热敏电阻WMZD还具有电流过补偿特性,即热敏电阻的正温变化率大于发光管的负温效应成为过补偿,图3所示是一条随温度上升而减少的下陡曲线。这一点与LED的另一典型特性是一致的,即允许电流在40℃后随温度上升相应减少,使LED的功耗控制在额定范围内,确保LED的最长寿命。WMZD电流过补偿保护特性,正好可以满足LED对电流的要求,这也是一般的LED恒流源不具备的。

过补偿保护应用在以下几处更显优势:1.全年或每天环境温差大,如室外照明的街灯、广告灯、车灯;2.低电压大电流LED灯(WMZD-B100具有低内阻、小压降);3.价高的大功率LED单个保护。

WMZD过补偿保护特性的典型应用电路接法见图4,与标准单元串联一个相同型号的WMZD热敏电阻,即可发挥过补偿作用,如果增加2个或3个WMZD热敏电阻会加深补偿作用,但如果实偿太深,常温下LED电流地低,会影响发光效率。我们可以通过实验,选出保护功能与发光效率兼顾的最佳方案。下图为,采用2R和3R的电流温度对照图。

该电流特性正好满足了LED在40℃以上电流相应的减少,使LED的功耗在而定的范围内,确保最长寿命。

应用问答

问1、用单元电路进行积木式组合时对电路的要求。

答: 由N个单元电路串联后的工作电压之和,确定直流电源的输出电压,由N路单元电路的电流之和,确定直流电源的输出电流,如采用输入电压有较大变化的220V AC/DC转换的直流电源,请考虑稳压措施。

问2、WMZD单元电路中的LED数目能否增减,会影响恒流特性吗?

答: 型号WMZD-A20 WMZD指驱动型正温热敏点电阻,A指串联,20指20mA,这是最佳组合,如串联3只或4只LED恒流曲线是一条下陡的曲线(过补偿曲线)完全可以应用;如串联6只或7只LED恒流曲线是一条上翘的曲线(欠补偿曲线),组合后进行检测,如在高温80℃时,回路电流不超过25mA LED的最大值仍然可以用,新组合单元的工作电压U=3V+VFXN工作电流20mA。

型号WMZD-B100 WMZD指驱动型正温热敏点电阻,B指并联,100指100mA,这是最佳组合,如并联3只或4只LED恒流曲线是一条下陡的曲线(过补偿曲线)完全可以应用;如并联6只或7只LED恒流曲线是一条上翘的曲线(欠补偿曲线),组合后进行试验检测,回路电流在高温80℃时还在额定值内 仍然可用,新组合单元的工作电压这样确定,用可调式直流电源接入新组成的单元电路,将回路的电流调到最佳值(N个LED电流值之和),对应的电压即工作电压U。

问3、采用标准直流电源24V、12V、9V、4.5V时如何组和应用

答:原则上先考虑单元电路的串联个数,后选择LED的VF电压。

例1 12V电源:应采用3个WMZD-B100单元电路串联,单元电路典压为12V/3=4V,4V-0.65V(B100的压降)=3.35V,应选用3.3V或者3.4V的LED(该方也法适用于24V电源)。

例2 4.5V电源:应采用1个WMZD-B100单元电路串联,单元电路典压为4.5V-0.65V(B100的压降)=3.85V,应选用3.8V或者3.9V的LED(该方法适也用于9V电源)。

问4、 4.5V电源和VF=3.4V的LED有没有选择的余地?如何组合?

答:应采用1个WMZD-B100单元电路,它的工作电压为3.4+0.65V(B100的压降)=4.05V,在串联上一个单独的WMZD-B100电阻,总电压为4.05+0.65V(B100的压降)=4.7V,完全可以接入4.5V标准电源,它的恒流曲线是一条下陡的曲线(过补偿曲线)完全可以应用。(参见图3过补偿曲线)

问5、组合后的LED灯如何测试它的效果?

答:采用热敏电阻补偿法的LED恒流源,具有电路简洁,组合方便,适用于各种需求。应用中的检测方法也很简单,只用一支电流表串在回路中,在常温20℃∽30℃时调好最佳工作电流(20mA或者30mA),并做好记录,在低温-40℃记下电流值,在高温80℃寄下电流值,三点温度对比一般电流误差值在10%以内,即为合格。利用温度表、冰箱、暖风机或者电吹风就可以把制作好的LED灯性能进行检验,该应用组合变化无穷,可自我鉴定,相信你会把它应用的更好

问6、如何在市电220V中直接使用WMZD热敏电阻对LED进行恒流控制?

答:如果电网电压波动不超过7%,即可不使用稳压电路,超过7%就要进行稳压处理,成本将大大增加。

1.按照下图接好电路,用万用表mA档串入电流校测点中,接通220V市电,串联回路电流应在18-22MA时即合格,如偏差较大如15MA和25MA,是因所选用的LED电压差异,可在最后一组单元里增、减LED数量,达到20MA左右的额定值。

2.用调压器将220V升至235V(220VX1.07倍),串联回路电流不应大于25mA,如大于25mA,应增加LED题数,直至将电流降到25mA以下。

3.LED可以脉动电流驱动发光,不会产生频闪现象,不需用电容滤波,不用电容可防止因电容击穿造成短路故障。

4.制成产品后,可用电热吹风,温度计升温到80℃观察电流变化,不大于25MA即合格.

点击下载WMZD热敏电阻在LED恒流源中的应用资料

制作样品图片

1、台灯照

2、路灯照

3、头灯照