LED照明擺脫故障失效困擾

LED燈串中，若有一顆發(fā)生故障斷路(Open-circuit)，將導(dǎo)致所有LED熄滅。因此，業(yè)界提出新的LED斷路保護器解決方案，確保LED燈串其中一顆出現(xiàn)故障斷路時，其他LED仍能正常工作，同時還可防止雷擊或靜電放電(ESD)所造成的損壞。

　　LED通常串聯(lián)在燈串中，若燈串中其中一個LED因故障斷路(Open-circuit)，燈串中的所有LED都會熄滅。但如果一個LED短路(Short)，那么燈串的其他部位基本上不受影響。有鑒于此，業(yè)界提出能在燈串中其中一顆LED因故障斷路，但其他LED保持正常工作，并能同時防止其他電子故障的解決方案--LED斷路保護器。

　　LED斷路保護器可以與燈串中的每個LED并聯(lián)，將斷路故障的LED電流分流(Shunt Current)，以保持燈串其余部分LED繼續(xù)工作。當(dāng)電路中發(fā)生過電壓并導(dǎo)致燈串發(fā)生過電流，或者在電極接反時，保護器同樣可以發(fā)揮作用。

　　業(yè)界設(shè)計工程師為達(dá)到LED斷路保護目的，嘗試許多元件，如齊納二極體(Zener Diode)、金屬氧化物壓敏電阻(Metal Oxide Varistor, MOV)和矽控整流器(Silicon Controlled Rectifier, SCR)，但LED斷路保護器仍系業(yè)界首選，因為LED斷路保護器是專為上述應(yīng)用設(shè)計的。如圖1所示，當(dāng)一顆LED出現(xiàn)斷路故障，其兩端的電壓試圖上升到電源的恒流輸出電壓。LED斷路保護器感測到這一電壓上升，并開始導(dǎo)通，限制其壓降至1.3伏特(V)左右，以保持LED燈串其余部分正常工作。

　　圖1　當(dāng)一個LED出現(xiàn)開路故障，LED斷路保護器開始導(dǎo)通，限制其壓降至1.3V，并保持串中剩余部分正常工作。

　　LED斷路保護器具有不同的特性和額定電壓可選。部分保護器可保護燈串中的個別LED，其他的方案則可以允許設(shè)計工程師用一個單一保護器確保兩個到五個LED，以節(jié)約成本。業(yè)界廠商前幾年推出的LED斷路保護器已可以提供斷路LED和雷擊浪涌(Lightning Surge)保護，但是對于ESD事件和極性反接的保護卻不太理想。新一代的LED斷路保護器可以同時提供ESD與極性反接保護，設(shè)計人員應(yīng)根據(jù)應(yīng)用中的可能故障情況和需求選擇新一代元件。

　　ESD和雷擊保護

　　ESD在組裝或現(xiàn)場安裝時能進(jìn)入到LED燈串中，這可能來自於機器到LED燈串或人體接觸到LED燈串；雷電可以通過兩種方式進(jìn)入LED燈串--附近的雷擊可能會在電源中造成瞬變，耦合LED驅(qū)動器并進(jìn)入燈串，或者附近的雷擊可能在LED驅(qū)動器供電軌上，也可能在接到LED燈串線路上造成電氣瞬變。

　　雷擊浪涌具有8?10微秒的上升時間(圖2)，而ESD事件的上升時間僅有幾奈秒(ns)(圖3)，其中差異取決於檢測方法。早期的LED斷路保護器只能抵御雷擊，但不能抵御ESD事件。新一代的LED斷路保護器，以Littlefuse PLED 5系列為例，可以應(yīng)對在±15千伏特(kV)空氣放電、±8千伏特接觸放電的ESD事件，以及±40安培(A)5/50奈秒(ns)的電氣快速暫態(tài)(Electrical Fast Transient, EFT)。

　　圖2 雷電沖擊具有8~10微秒的上升時間。

　　圖3 ESD事件具有幾奈秒的上升時間。LED斷路保護器可以應(yīng)對在＋-15kV空氣放電、＋-18kV接觸放電的ESD　　極性反接保護

　　LED燈串受到極性反接影響的最為常見的方式是在現(xiàn)場安裝時，燈串放置或方向錯誤，導(dǎo)致LED燈串反向通電。

　　業(yè)界LED斷路保護器的模型具有1.1~1.6伏特的反向偏置導(dǎo)通電壓(圖4)，比一個典型高功率LED的反向擊穿電壓要小得許多，對比其他元件，它們的反向偏置導(dǎo)通電壓，以及正向偏置導(dǎo)通電壓相似。

　　圖4 PLED 5 LED具有1.1~1.6V的反向偏置導(dǎo)通電壓，可以提供極性反接保護。

　　當(dāng)一個裝有PLED 5的LED燈串被反向通上電源時，所有保護器都會開始導(dǎo)通，將這些被保護的LED上的電流分流以保護LED不受傷害。在反向電極糾正之後，保護器會關(guān)閉，LED持續(xù)正常工作。

　　LED斷路保護器評估原則

　　在選擇合適的LED斷路保護器前，須做以下評估：

　　LED保護方案需求為何

　　在LED保護元件中，以Littelfuse PLED 9系列到18系列為例