用于发光二极管的温度自适应控制电路及照明和/或信号指示装置的制作方法

本发明涉及光照明及控制领域，尤其涉及一种用于发光二极管的温度自适应控制电路及照明和/或信号指示装置。

背景技术：

发光二极管(LED)作为一种功耗低、亮度高的发光器件，越来越多地应用于诸如各种照明、装饰、信号指示的装置中。而由于发光二极管的发热量很大，对其电流的控制也非常重要。为了使发光二极管能够稳定地工作，通常采用比较复杂的反馈控制环电路来实现，而这种控制电路的成本比较高且对于电流的控制功能单一。为此需要一种低成本的、多功能的、可靠的LED控制电路。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种用于发光二极管的温度自适应控制电路，其能够根据变化来对LED的电流进行调整，以使其能够稳定地发光且能够对LED进行过热保护。本发明还提供了具有该温度自适应控制电路的照明和/或信号指示装置。

本发明的实施例提供了一种用于发光二极管的温度自适应控制电路，包括：

发光二极管负载电路单元，在所述发光二极管负载电路单元中连接有一个或更多个发光二极管；以及

温度自适应电路单元，所述温度自适应电路单元包括串联在一起的正温度系数热敏电阻和负温度系数热敏电阻，

其中所述温度自适应电路单元配置成使在发光二极管负载电路单元中流过所述一个或更多个发光二极管的电流与正温度系数热敏 电阻和负温度系数热敏电阻的电阻值之和成函数关系。

在一实施例中，所述温度自适应电路单元配置成使在发光二极管负载电路单元中流过所述一个或更多个发光二极管的电流与正温度系数热敏电阻和负温度系数热敏电阻的电阻值之和成减函数关系。

在一实施例中，所述正温度系数热敏电阻和负温度系数热敏电阻与所述发光二极管负载电路单元串联或并联连接。

在一实施例中，所述温度自适应电路单元具有温度自适应控制节点，所述温度自适应控制节点的电位随正温度系数热敏电阻和负温度系数热敏电阻的电阻值之和的变化而变化，所述发光二极管负载电路单元的两端中的任一端与所述温度自适应控制节点电连接。

在一实施例中，所述温度自适应电路单元具有温度自适应控制节点，所述温度自适应控制节点的电位随正温度系数热敏电阻和负温度系数热敏电阻的电阻值之和的变化而变化，所述温度自适应控制电路还包括：

中间电路单元，所述中间电路单元具有输入端和输出端，所述输入端与所述温度自适应控制节点电连接，所述输出端与所述发光二极管负载电路单元的两端中的任一端电连接。

在一实施例中，所述中间电路单元配置成使得所述输出端的电位或电流与所述输入端的电位成增函数关系。

在一实施例中，所述发光二极管负载电路单元的两端分别具有第一节点和第二节点，且第一节点具有比第二节点更高的电位，所述中间电路单元的输出端与所述第一节点电连接。

在一实施例中，所述发光二极管负载电路单元的两端分别具有第一节点和第二节点，且第一节点具有比第二节点更高的电位，所述中间电路单元的输出端与所述第二节点电连接。

在一实施例中，所述中间电路单元包括运算放大器或其他控制芯片、集成电路。

在一实施例中，所述温度自适应电路单元还包括：

第一电阻，所述第一电阻与所述正温度系数热敏电阻和负温度 系数热敏电阻串联；和

第二电阻，所述第二电阻与串联在一起的第一电阻、正温度系数热敏电阻和负温度系数热敏电阻并联以形成并联电路单元。

在一实施例中，所述温度自适应电路单元还包括第三电阻和电容，所述第三电阻和电容并联之后再与所述并联电路单元串联。

在一实施例中，所述正温度系数热敏电阻的居里温度位于发光二极管的预定工作温度和预定过热温度之间。

在一实施例中，温度自适应电路单元配置成使得所述正温度系数热敏电阻和所述负温度系数热敏电阻的电阻值之和在温度自适应电路单元的温度达到预定过热温度之前随温度升高而减小，而在温度自适应电路单元的温度达到预定过热温度之后随温度升高而增大。

在一实施例中，所述正温度系数热敏电阻和所述负温度系数热敏电阻的电阻值之和在温度自适应电路单元的温度达到预定过热温度之前随温度升高而减小的变化的斜率小于在温度自适应电路单元的温度达到预定过热温度之后随温度升高而增大的变化的斜率。

本发明的实施例还提供了一种照明和/或信号指示装置，包括：

如前述任一实施例所述的用于发光二极管的温度自适应控制电路。

如本发明的上述至少一个实施例中所述的温度自适应控制电路及包括该温度自适应控制电路的照明和/或信号指示装置，既能够在LED的期望的工作温度下对于光强随温度的变化进行补偿，又能够对LED进行过热保护以防止其损坏。

附图说明

图1示出根据本发明的一实施例的用于发光二极管的温度自适应控制电路的示意图；

图2示出根据本发明的另一实施例的用于发光二极管的温度自适应控制电路的示意图；

图3示出了示例性的负温度系数热敏电阻的电阻随温度变化的 曲线；

图4示出了示例性的正温度系数热敏电阻的电阻随温度变化的曲线；

图5示出在根据本发明的一实施例的用于发光二极管的温度自适应控制电路的控制下流经LED的电流随温度变化的示例性曲线图；以及

图6示出根据本发明的又一实施例的用于发光二极管的温度自适应控制电路的示意图。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。在说明书中，相同或相似的附图标号表示相同或相似的部件。下述参照附图对本发明实施方式的说明旨在对本发明的总体发明构思进行解释，而不应当理解为对本发明的一种限制。

根据本发明的总体构思，提供一种用于发光二极管的温度自适应控制电路，包括：发光二极管负载电路单元，在所述发光二极管负载电路单元中连接有一个或更多个发光二极管；以及温度自适应电路单元，所述温度自适应电路单元包括串联在一起的正温度系数热敏电阻和负温度系数热敏电阻，其中所述温度自适应电路单元配置成使在发光二极管负载电路单元中流过所述一个或更多个发光二极管的电流与正温度系数热敏电阻和负温度系数热敏电阻的电阻值之和成函数关系。

另外，在下面的详细描述中,为便于解释,阐述了许多具体的细节以提供对本披露实施例的全面理解。然而明显地，一个或更多个实施例在没有这些具体细节的情况下也可以被实施。

图1示意性地示出根据本发明的一实施例的一种用于发光二极管的温度自适应控制电路100。该温度自适应控制电路100包括：发光二极管负载电路单元10，在所述发光二极管负载电路单元10中连接(例如串联连接或并联连接)有一个或更多个发光二极管11；以及温度自适应电路单元20，所述温度自适应电路单元20包括串联在 一起的正温度系数(PTC)热敏电阻21和负温度系数(NTC)热敏电阻22。所述温度自适应电路单元20配置成使在发光二极管负载电路单元10中流过所述一个或更多个发光二极管11的电流与正温度系数热敏电阻21和负温度系数热敏电阻22的电阻值之和成减函数关系。

本领域技术人员应当理解，上述“减函数关系”的意思是，当正温度系数热敏电阻21和负温度系数热敏电阻22的电阻值之和变大时(例如由于温度自适应电路单元20的温度变化所导致)，在发光二极管负载电路单元10中流过所述一个或更多个发光二极管11的电流将变小；反之，当正温度系数热敏电阻21和负温度系数热敏电阻22的电阻值之和变小时，在发光二极管负载电路单元10中流过所述一个或更多个发光二极管11的电流将变大。

例如，在图1的示例中，正温度系数热敏电阻21和负温度系数热敏电阻22与所述发光二极管负载电路单元10串联连接，于是，当正温度系数热敏电阻21和负温度系数热敏电阻22的电阻值之和变大时，流经正温度系数热敏电阻21和负温度系数热敏电阻22的电流将变小，因而，流过发光二极管11的电流也将变小；反之亦然。在图1和图2中，V_LED是指施加至发光二极管负载电路单元10高压侧的电压，其根据发光二极管的工作电压来确定。

流过发光二极管11的电流与正温度系数热敏电阻21和负温度系数热敏电阻22的电阻值之和满足减函数关系，可以实现根据温度对该电流的自适应控制。

在图1的示例中，正温度系数热敏电阻21和负温度系数热敏电阻22与所述发光二极管负载电路单元10串联连接，但本发明的实施例不限于此，例如，正温度系数热敏电阻21和负温度系数热敏电阻22也可以与所述发光二极管负载电路单元10并联连接。

正温度系数热敏电阻21和负温度系数热敏电阻22是本领域中已知的两种热敏电阻。正温度系数热敏电阻21和负温度系数热敏电阻22例如均可以由半导体陶瓷、复合氧化物陶瓷、高分子材料或其它本领域已知的任何具有电阻随温度变化的特性的材料制作。

图3和图4分别示出了典型的负温度系数热敏电阻22的电阻值R_NTC和正温度系数热敏电阻21的电阻值R_PTC随温度T变化的曲线。为了显示方便起见，图3和图4中的电阻值R_NTC和电阻值R_PTC均为归一化值。从图3上可以看出，负温度系数热敏电阻22的电阻值随温度的升高而逐渐下降。图3中示出了不同的材料常数(3450、3900、4100)的负温度系数热敏电阻22的电阻值变化。图4中示出了不同材料(由BD、BC、BB、AR来表示)的正温度系数热敏电阻21的电阻值变化。从图4上可以看出，正温度系数热敏电阻21的电阻值在温度较低的范围内随温度的升高而变化不大，当温度超过某个温度时，电阻值随着温度的升高急剧攀升，该温度称为居里温度。

从图3和图4中可以看出，负温度系数热敏电阻22和正温度系数热敏电阻21的电阻值随温度变化的趋势总体上是相反的。负温度系数热敏电阻22的电阻值随温度的变化比较平稳，而正温度系数热敏电阻21的电阻值则是在低温区域变化很小而在高温区变化很大。基于这样的特性，负温度系数热敏电阻22和正温度系数热敏电阻21的组合可以实现对LED的电流良好控制。

首先，当温度较低时(例如温度低于正温度系数热敏电阻21的居里温度)，由于正温度系数热敏电阻21的电阻值受温度的影响较小，因此正温度系数热敏电阻21和负温度系数热敏电阻22的电阻值之和的变化由负温度系数热敏电阻22主导，即，正温度系数热敏电阻21和负温度系数热敏电阻22的电阻值之和随着温度的上升逐渐减小，相应地，导致流过发光二极管11的电流随着温度的上升逐渐减大。由于发光二极管11本身的特性，当温度升高时，如果保持驱动电流不变，则发光强度会下降。而正温度系数热敏电阻21和负温度系数热敏电阻22的这种特性正好可以用于对发光二极管11的发光强度进行补偿。具体地，当发光二极管11的发光强度随着温度升高而有所下降时，由于流过发光二极管11的电流如上所述会随着温度而上升，发光二极管11的发光强度会由于电流的上升而有所增加，这样就可以对于发光二极管11的发光强度进行补偿。作为示例，在正温度系数热敏电阻21和负温度系数热敏电阻22的上述补偿作 用下，发光二极管11的发光强度可以在温度升高(在正常工作的情况下)时基本上保持恒定的发光强度，例如将发光强度的变化幅度稳定在15％或10％以内。但本发明不限于此，只要正温度系数热敏电阻21和负温度系数热敏电阻22能够对发光二极管11的发光强度进行补偿即可。

再者，当温度较高时(例如温度超过正温度系数热敏电阻21的居里温度)，由于正温度系数热敏电阻21的电阻值随温度而急剧升高，因此正温度系数热敏电阻21和负温度系数热敏电阻22的电阻值之和的变化逐渐变成由正温度系数热敏电阻21主导，即，正温度系数热敏电阻21和负温度系数热敏电阻22的电阻值之和随着温度的上升显著增加，相应地，导致流过发光二极管11的电流随着温度的上升而明显下降。而正温度系数热敏电阻21和负温度系数热敏电阻22的这种特性可以用于对发光二极管11进行过热保护。本领域技术人员应当理解，发光二极管11不能在过高的温度下工作，否则可能导致被烧毁。因此，可以设定预定过热温度而使发光二极管11的工作温度不超过该温度以保护其不被烧毁。通过使流过发光二极管11的电流在该低于该温度处或该温度附近开始明显下降，甚至使发光二极管11停止工作，可以防止发光二极管11因过热而被烧毁。

由上述可知，根据本发明的实施例的温度自适应控制电路100能够充分利用正温度系数热敏电阻21和负温度系数热敏电阻22的特性来补偿发光二极管11因温度升高导致的亮度下降以及避免发光二极管11因过热而烧毁。正温度系数热敏电阻21和负温度系数热敏电阻22的具体参数可以根据实际需要而选择。而且，该温度自适应控制电路100对于流过发光二极管11的电流的调整是根据温度变化自动进行的，即自适应的。当然，如果有必要，操作人员也可以根据需要对其工作参数或状态进行调整。

图5给出了在根据本发明的实施例的温度自适应控制电路100的控制下流过发光二极管11的电流I随着温度T变化的示例性曲线图。图5中左侧方框(20摄氏度至50摄氏度范围)示出了示例性的LED期望的正常工作温度范围Rn，在该范围中，该电流随着温度的 升高而逐渐升高。图5中右侧方框示出了一个高温区域Rh(60摄氏度至110摄氏度)，在该高温区域中，该电流很快到达峰值并快速下降。在图5中示出了三条曲线I_LED_max、I_LED_typ和I_LED_min，分别与不同参数的温度自适应控制电路100相对应。从图5中可以看出，该电流随温度的变化在上升段(随温度上升而增大)的斜率(或称为变化率)小于在下降段(随温度上升而减小)的斜率，这既有利于LED在正常工作范围中保持发光强度的稳定，又有助于LED在温度较高时快速降低电流以避免损坏LED。为方便起见，图5中的纵坐标的电流值以百分比形式显示，100％的电流值对应于I_LED_typ在25摄氏度处的取值。在图5的Rn区中的两条竖线表示的是在LED点亮1分钟和30分钟时所对应的LED电流值。在LED点亮1分钟至30分钟的过程中，由于LED的发热，LED的温度会逐渐升高，而根据温度自适应控制电路100的上述效应，流过LED的电流也随之增大，电流的增大也会导致温度的一定程度的上升。从这两个电流值的变化也可以看出在Rn区中电流随着温度的升高而增大。图5是示例性的，本发明并不受限于此。

在一示例中，所述温度自适应电路单元20具有温度自适应控制节点23，所述温度自适应控制节点23的电位随正温度系数热敏电阻21和负温度系数热敏电阻22的电阻值之和的变化而变化，所述发光二极管负载电路单元10的两端中的任一端与所述温度自适应控制节点23电连接。在图1的示例中，温度自适应控制节点23即为发光二极管负载电路单元10与温度自适应电路单元20的连接节点。需要说明的是，发光二极管负载电路单元10与温度自适应电路单元20的相互位置是可以互换的。

在一示例中，所述温度自适应控制电路100’还可以包括中间电路单元30，所述中间电路单元30具有输入端31和输出端32，所述输入端31与所述温度自适应控制节点23电连接，所述输出端32与所述发光二极管负载电路单元10的两端中的任一端电连接。在图2示出的示例中，输出端32与发光二极管负载电路单元10的低压端电连接，但本发明不限于此，在其它的示例中，中间电路单元30的 输出端32也可以与发光二极管负载电路单元10的高压端电连接。采用中间电路单元30来连接温度自适应控制节点23和发光二极管负载电路单元10，例如可以提高系统的稳定性和设计的灵活性。

作为示例，中间电路单元30可以配置成使得所述输出端32的输出电流(或电位)与所述输入端31的电位成增函数关系。所谓增函数关系是指，当输入端31的电位上升时，输出端32的输出电流(或电位)也随之上升，反之，当输入端31的电位下降时，输出端32的输出电流(或电位)也随之下降。这保证了温度自适应电路单元20能够通过对温度自适应控制节点23的电位的控制来控制发光二极管负载电路单元10的电位或电流，从而控制流过发光二极管11的电流。

在一示例中，中间电路单元30可以包括运算放大器或其他控制芯片、集成电路等，如其它已知的集成电路器件。这可以用于提高电路的抗干扰特性。除去运算放大器之外，中间电路单元30还可以包括相应的电阻和电容(例如如图2所示)以实现相应的功能。在图2的示例中，中间电路单元30包括有运算放大器、三极管、电阻器R、Rs以及电容C等元件，其可以保证输出端32的输出电流(或电位)与输入端31的电位成增函数关系。在图2的示例中，中间电路单元30配置成使得所述电阻器Rs的上端节点的电位与所述输入端31的电位大致相等，例如两者电位相差10％以内。这有助于通过温度自适应控制节点23对流过发光二极管11的电流进行控制。作为示例，所述电阻器Rs的上端节点的电位与所述输入端31的电位可以相差1％以内。

用于使两个节点之间的电位具有上述关系的具体电路在本领域中是已知的，不限于图2所示的结构。

在一示例中，发光二极管负载电路单元10的两端分别具有第一节点13和第二节点14，且第一节点13具有比第二节点14更高的电位，所述中间电路单元30的输出端32与所述第二节点14电连接。在图2的示例中，中间电路单元30的输出端32即是与发光二极管负载电路单元10的低压端(第二节点14)电连接。然而，本发明的 实施例不限于此。在另外的示例中，所述中间电路单元30的输出端32也可以与发光二极管负载电路单元10的高压端(即第一节点14)电连接。图6示出了根据本发明的又一实施例的温度自适应控制电路100”，其中，中间电路单元30包括一个电流控制电路(如图6中的矩形框表示)，其输出端32的电流(或电位)可以与输入端31的电位成增函数关系，即输出端32的电流(或电位)随着输入端31的电位的增大而增大，随其减小而减小。这样的电流(或电位)控制电路，可以是集成电路形式，也可以是分立电路的形式，本身是现有技术中已知的。在图6所示的实施例中，该电流控制电路的输出端(即中间电路单元30的输出端32)与发光二极管负载电路单元10的高压端(即第一节点14)电连接。借助于这种电路结构，同样可以实现温度自适应控制节点23对流过发光二极管11的电流进行控制。

在一示例中，温度自适应电路单元20还可以包括：第一电阻27，所述第一电阻27与所述正温度系数热敏电阻21和负温度系数热敏电阻22串联；和第二电阻24，所述第二电阻24与串联在一起的第一电阻27、正温度系数热敏电阻21和负温度系数热敏电阻22并联以形成并联电路单元40，如图2所示。第一电阻27和第二电阻24可以用于调整流过LED的电流的上升或下降斜率。本领域技术人员可以根据实际需要选取(如供电电压、LED工作电流区间、正温度系数热敏电阻21和负温度系数热敏电阻22的电阻值范围等等)，例如，第一电阻27和第二电阻24可以在1千欧～100千欧之间取值，也可以取值为几十、几百甚至几欧姆。作为示例，所述温度自适应电路单元20还可以包括第三电阻25和电容26，所述第三电阻25和电容26并联之后再与所述并联电路单元40串联。第三电阻25可以用于调节温度自适应控制节点23的基础电位，电容26可以用于去除交流干扰信号。关于温度自适应控制节点23的电位与上述各个电阻元件的关系可以根据欧姆定律、串并联电阻计算等本领域已知的知识而确定。

在一示例中，所述正温度系数热敏电阻21的居里温度位于发光 二极管11的预定工作温度和预定过热温度之间。这样有助于使在发光二极管11的预定工作温度下其电流保持温度上升的趋势，而在到达或接近预定过热温度时其电流可以开始下降。其中，该预定工作温度可以是发光二极管11的期望工作温度，例如室温。所述预定过热温度可以根据具体的需要来设定，通常要小于发光二极管11所能承受的最大温度。

作为示例，温度自适应电路单元20可以配置成使得所述正温度系数热敏电阻21和所述负温度系数热敏电阻22的电阻值之和在温度自适应电路单元20的温度达到预定过热温度之前随温度升高而减小，而在温度自适应电路单元20的温度达到预定过热温度之后随温度升高而增大。该预定过热温度在图5的示例中为曲线的峰值。

作为示例，所述正温度系数热敏电阻21和所述负温度系数热敏电阻22的电阻值之和在温度自适应电路单元20的温度达到预定过热温度之前随温度升高而减小的变化的斜率可以小于在温度自适应电路单元20的温度达到预定过热温度之后随温度升高而增大的变化的斜率。这意味着，在温度自适应电路单元20的温度达到预定过热温度之前，所述正温度系数热敏电阻21和所述负温度系数热敏电阻22的电阻值之和随温度的上升是相对平缓的，而在温度自适应电路单元20的温度达到预定过热温度之后，所述正温度系数热敏电阻21和所述负温度系数热敏电阻22的电阻值之和随温度的下降是相对急剧的。这对于实现前述的光强补偿功能和过热保护功能都是有利的。

在上述实施例中，流过发光二极管11的电流与正温度系数热敏电阻21和负温度系数热敏电阻22的电阻值之和满足减函数关系，但本发明的实施例不限于此。例如，流过发光二极管11的电流与正温度系数热敏电阻21和负温度系数热敏电阻22的电阻值之和也可以满足增函数关系，在这种情况下，可能需要采用与上述实施例中不同的电路结构。比如，如果将图1的示例中的正温度系数热敏电阻21和负温度系数热敏电阻22与发光二极管负载电路单元的串联方式改为并联方式，则可以使流过发光二极管11的电流与正温度系数热敏电阻21和负温度系数热敏电阻22的电阻值之和成增函数关 系。在这种情况下，正温度系数热敏电阻21和负温度系数热敏电阻22的作用将与上述实施例中相反，但也能够实现前述的光强补偿功能和过热保护功能。实际上，只要流过发光二极管11的电流与正温度系数热敏电阻21和负温度系数热敏电阻22的电阻值之和满足函数关系，就可以实现本发明构思。

根据本发明的实施例的温度自适应控制电路100、100’、100”，组合利用了正温度系数热敏电阻和负温度系数热敏电阻的特性，能够实现前述的光强补偿功能和过热保护功能，并且，其具有比较简单的结构，不需要采用微控制器等计算装置来进行控制。这也有助于降低成本和提高系统的稳定性。

本发明还提供了一种照明和/或信号指示装置。该照明和/或信号指示装置可以包括如上述任一实施例所述的用于发光二极管的温度自适应控制电路100、100’、100”。

虽然结合附图对本发明进行了说明，但是附图中公开的实施例旨在对本发明优选实施方式进行示例性说明，而不能理解为对本发明的一种限制。

虽然本发明总体构思的一些实施例已被显示和说明，本领域普通技术人员将理解，在不背离本总体发明构思的原则和精神的情况下，可对这些实施例做出改变，本发明的范围以权利要求和它们的等同物限定。