串聯(lián)LED照明電路保護(hù)的優(yōu)化策略匯總

發(fā)光二極管(LED)是一種易碎的裝置，容易受到熱、機(jī)械沖擊、靜電放電及閃電的威脅，特別是在室外應(yīng)用時(shí)。由于照明及背光顯示的LED燈串使用的增加，需要研發(fā)工程師對(duì)LED串的可靠性給予更多關(guān)注。高亮度的LED，因其藍(lán)寶石基板，對(duì)鄰近的雷擊閃電攻擊造成的電壓瞬變非常敏感。即使是在家庭應(yīng)用，LED串仍需要靜電放電(ESD)保護(hù)裝置，以確保整個(gè)組件長(zhǎng)期、可靠的運(yùn)行。在缺少這種保護(hù)的條件下，如果串聯(lián)中的一個(gè)LED出現(xiàn)故障，并斷開(kāi)電路，所有其他的LED燈將關(guān)閉。

　　LED照明系統(tǒng)保護(hù)

　　很多的保護(hù)裝置可以用于電源與LED驅(qū)動(dòng)，且有許多出版物可以對(duì)選擇提供指導(dǎo)。圖1中的電路是演示LED路燈照明系統(tǒng)中的開(kāi)關(guān)電源保護(hù)的舉例。在該電路中，交流電熔斷器提供了基本的防火保護(hù)，以應(yīng)對(duì)可能造成過(guò)流條件的主要系統(tǒng)故障，但是必須能夠容忍3KA至6KA以上的浪涌，而不出現(xiàn)斷路。在下游組件出現(xiàn)故障的情況下，直流熔斷器可用于直流-直流轉(zhuǎn)換器或LED驅(qū)動(dòng)電路中的快速過(guò)流保護(hù)。

圖1：LED街道照明電路舉例，包括與開(kāi)關(guān)電源(SMPS)相關(guān)的保護(hù)裝置。

　　在電路的交流電輸入側(cè)，還需要處理過(guò)壓事件與電壓瞬變。它們通常是由附近的雷擊造成的，但也可能通過(guò)電力線(xiàn)上的瞬間狀態(tài)變化產(chǎn)生。用于過(guò)壓條件的典型保護(hù)裝置是金屬氧化物壓敏電阻(MOV)，可以與瞬態(tài)電壓抑制器(TVS)相結(jié)合。用于電源保護(hù)的電路還需要與地面隔離，防止可能的電擊危險(xiǎn)(這些規(guī)格都包含在IEC/UL 60950-1， UL 1449與IEC/UL 6500)。圖2顯示了達(dá)到這些要求的解決方案。該設(shè)計(jì)結(jié)合了含有瞬態(tài)電壓抑制器的金屬氧化物壓敏電阻。

圖2：用于LED照明的電源輸入過(guò)壓保護(hù)方案舉例。

　　此外，也應(yīng)考慮把過(guò)壓保護(hù)用于LED驅(qū)動(dòng)芯片。適當(dāng)?shù)娜ヱ铍娙萜鳎B同為線(xiàn)路驅(qū)動(dòng)器額定電源電壓的TVS裝置，將提供一個(gè)非常穩(wěn)定的設(shè)計(jì)。一些LED驅(qū)動(dòng)器制造商把感知開(kāi)路LED串的電路列入，但該電路不應(yīng)與保護(hù)串的電路相混淆，或如果LED出現(xiàn)故障，要保持LED串處于運(yùn)行狀態(tài)。

　　單個(gè)LED保護(hù)

　　LED串內(nèi)部(圖3)的旁路保護(hù)裝置，可以使該串在單個(gè)LED出現(xiàn)故障斷開(kāi)時(shí)，繼續(xù)運(yùn)行。通過(guò)限制整個(gè)LED串上的任何過(guò)剩電流或電壓，有助于保護(hù)LED驅(qū)動(dòng)器。

圖3：使用適當(dāng)旁路保護(hù)裝置保護(hù)LED串中的單個(gè)LED，不僅能夠保持LED串仍舊能夠照明，而且也有助于保護(hù)LED驅(qū)動(dòng)器免受過(guò)電流與過(guò)電壓(可能因LED故障造成)。　　當(dāng)提到保護(hù)單個(gè)LED時(shí)，在LED串內(nèi)部需要安裝串聯(lián)電路的支路，選擇正確的保護(hù)裝置是至關(guān)重要的。這要求理解潛在的LED故障機(jī)理及不同類(lèi)型保護(hù)裝置的工作原理。這種理解有助于電路設(shè)計(jì)者選擇合適的裝置，包括有一個(gè)LED因斷路原因出現(xiàn)故障時(shí)，能夠保持系列LED串仍舊運(yùn)行的裝置。

　　LED控制與故障模式：

　　串聯(lián)的LED串由恒定電流驅(qū)動(dòng)，該恒定電流由把串聯(lián)LED串驅(qū)動(dòng)為充分亮度、顏色與強(qiáng)度的開(kāi)關(guān)電源產(chǎn)生。該恒流電流源提供了對(duì)LED組亮度的更好控制以及更均勻的LED組亮度。LED是一種易碎的固態(tài)器件，本質(zhì)上是二極管，構(gòu)造為P-N結(jié)，在正向偏壓時(shí)，能夠發(fā)光。主要的LED失效機(jī)理本質(zhì)上是機(jī)械與熱力，包括熱循環(huán)、熱沖擊及在高溫下(可能造成絲焊老化與故障)運(yùn)行的LED。由于金屬會(huì)發(fā)生氧化，且隨著時(shí)間推移會(huì)變脆，LED發(fā)生故障的可能性會(huì)增加。ESD事件或附近雷擊造成的電涌是LED發(fā)生故障的另一個(gè)常見(jiàn)原因。

　　保護(hù)裝置選擇的電路參數(shù)：

　　選擇LED保護(hù)裝置中的主要參數(shù)是單個(gè)LED額定電流與額定功率，正向工作電壓及LED驅(qū)動(dòng)器恒流輸出電壓。典型高亮度LED額定功率在1瓦特與3瓦特之間。額定功率上的高亮度LED最大電流消耗可以通過(guò)以下公式簡(jiǎn)單確定：