串聯(lián)LED照明電路保護的優(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、機械沖擊、靜電放電及閃電的威脅，特別是在室外應(yīng)用時。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LED串的可靠性給予更多關(guān)注。高亮度的LED，因其藍寶石基板，對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)保護裝置，以確保整個組件長期、可靠的運行。在缺少這種保護的條件下，如果串聯(lián)中的一個LED出現(xiàn)故障，并斷開電路，所有其他的LED燈將關(guān)閉。

　　LED照明系統(tǒng)保護

　　很多的保護裝置可以用于電源與LED驅(qū)動，且有許多出版物可以對選擇提供指導(dǎo)。圖1中的電路是演示LED路燈照明系統(tǒng)中的開關(guān)電源保護的舉例。在該電路中，交流電熔斷器提供了基本的防火保護，以應(yīng)對可能造成過流條件的主要系統(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)動電路中的快速過流保護。

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

　　在電路的交流電輸入側(cè)，還需要處理過壓事件與電壓瞬變。它們通常是由附近的雷擊造成的，但也可能通過電力線上的瞬間狀態(tài)變化產(chǎn)生。用于過壓條件的典型保護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。用于電源保護的電路還需要與地面隔離，防止可能的電擊危險(這些規(guī)格都包含在IEC/UL 60950-1， UL 1449與IEC/UL 6500)。圖2顯示了達到這些要求的解決方案。該設(shè)計結(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照明的電源輸入過壓保護方案舉例。

　　此外，也應(yīng)考慮把過壓保護用于LED驅(qū)動芯片。適當?shù)娜ヱ铍娙萜?，連同為線路驅(qū)動器額定電源電壓的TVS裝置，將提供一個非常穩(wěn)定的設(shè)計。一些LED驅(qū)動器制造商把感知開路LED串的電路列入，但該電路不應(yīng)與保護串的電路相混淆，或如果LED出現(xiàn)故障，要保持LED串處于運行狀態(tài)。

　　單個LED保護

　　LED串內(nèi)部(圖3)的旁路保護裝置，可以使該串在單個LED出現(xiàn)故障斷開時，繼續(xù)運行。通過限制整個LED串上的任何過剩電流或電壓，有助于保護LED驅(qū)動器。

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

　　LED控制與故障模式：

　　串聯(lián)的LED串由恒定電流驅(qū)動，該恒定電流由把串聯(lián)LED串驅(qū)動為充分亮度、顏色與強度的開關(guān)電源產(chǎn)生。該恒流電流源提供了對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，能夠發(fā)光。主要的LED失效機理本質(zhì)上是機械與熱力，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)運行的LED。由于金屬會發(fā)生氧化，且隨著時間推移會變脆，LED發(fā)生故障的可能性會增加。ESD事件或附近雷擊造成的電涌是LED發(fā)生故障的另一個常見原因。

　　保護裝置選擇的電路參數(shù)：

　　選擇LED保護裝置中的主要參數(shù)是單個LED額定電流與額定功率，正向工作電壓及LED驅(qū)動器恒流輸出電壓。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以下公式簡單確定：