協(xié)調(diào)的電路保護幫助AC LED照明系統(tǒng)設(shè)計符合安全和性能標準

　　近年來發(fā)光二極管（led）技術(shù)在價格、性能和制造工藝等方面都給人留下了深刻的印象，可優(yōu)化LED操作的進一步改善有望推動LED照明市場的指數(shù)級增長。其中最新的商業(yè)進展之一是一系列高壓LED產(chǎn)品（交流LED，AC LED），它們不需要一個從交流到直流（AC-DC）的轉(zhuǎn)換器即可直接用交流電源電壓操作。在本文中描述的AC LED照明系統(tǒng)是：采用首爾半導(dǎo)體有限公司（Seoul Semiconductor）Acriche產(chǎn)品之一，它可提供高的整體系統(tǒng)可靠性；但是正如在任何LED照明的應(yīng)用中一樣，在由瞬態(tài)事件所引起的過熱進行保護是一項重要設(shè)計考量因素。本文討論了電路保護策略，它們將能夠預(yù)防過熱，同時還提供了在一個典型電路中的測量結(jié)果。

　　簡介

　　正如運行在交流電源電壓上的任何電子系統(tǒng)一樣，沒有足夠保護的AC LED照明系統(tǒng)可能會被雷電浪涌或者振蕩波損壞。金屬氧化物壓敏電阻（MOV）常常被用做保護AC LED照明系統(tǒng)免受雷電浪涌和環(huán)路波的損壞，并幫助制造商滿足安全和性能的標準。依據(jù)IEC 61000-4-5的閃電測試和依據(jù)IEEE C.62.41的振蕩波耐受測試可在實驗室中模擬這些對生命的實際威脅。

　　一款A(yù)C LED和一款DC LED一樣，都是一種在電流通過LED芯片時可以將電能轉(zhuǎn)換為光的半導(dǎo)體器件，結(jié)點過熱將會同時大大減少光輸出和縮短LED的壽命。在引入適當?shù)臒峁芾砗?a class="contentlabel" href="http://m.butianyuan.cn/news/listbylabel/label/電路保護">電路保護設(shè)計策略后，AC LED技術(shù)提供幾個優(yōu)于傳統(tǒng)照明的優(yōu)點：包括緊湊的尺寸、減少的元器件數(shù)量、節(jié)能和降低系統(tǒng)成本。

　　TE電路保護部的PolySwitch聚合物正溫度系數(shù)(PPTC)器件可以提供過流和過溫保護，并且可以很容易地集成在AC LED的電路板上。

　　過流和熱失控的設(shè)計要素

　　LED發(fā)光二極管具有負溫度系數(shù)的特性，LED的正向?qū)妷海╒f）隨著溫度的升高而降低。在采用恒壓電源供電的情況下，溫度的增加將帶來正向?qū)妷旱穆晕⒔档秃驮黾訑?shù)額相對較大的電流。它導(dǎo)致了功耗的凈增加和溫度的升高。對于一個給定的熱路徑，熱傳遞可能不能夠維持增加的功耗。

　　在極端情況下，其結(jié)果就是熱失控，并且可能在電流或者功率沒有被限制在額定等級內(nèi)時損壞AC LED。在特定的額定電流范圍內(nèi)，LED燈的光輸出和通過的電流呈大致的線性關(guān)系。如果電流超過制造商所建議的電流值，LED燈可以變得更亮，但是光輸出的能力會以更快的速度降低，并縮短其使用壽命。

　　應(yīng)該盡一切努力去保持LED散熱以實現(xiàn)最大效率，LED通常聯(lián)接一個散熱片以盡量使結(jié)點溫度最低。限制通過AC LED的電流或者功率可以預(yù)防熱失控，并且有一個額外的好處就是可以在寬廣的溫度范圍內(nèi)提供更好的亮度調(diào)節(jié)以及延長使用壽命。

　　AN3211是首爾半導(dǎo)體公司的一款A(yù)C LED產(chǎn)品，它包括一個AN3200 LED 和一組用于依據(jù)其正向電壓來設(shè)置其工作電流的電阻。AN3200的內(nèi)部結(jié)構(gòu)由兩組極性相反的二極管并聯(lián)組成。如圖1所示，隨著正半周期內(nèi)交流電源電壓的增加，內(nèi)部LED串中的一串導(dǎo)通并發(fā)光；在負半周期內(nèi)，其他的燈串導(dǎo)通并發(fā)光。

　　圖1、典型的AC LED原理圖

　　圖2為首爾半導(dǎo)體公司的AC LED AN3211的測試裝置，其中一個金屬氧化物壓敏電阻（MOV）和一個PolySwitch miniSMDC014F器件集成在AC LED照明系統(tǒng)板上，表1顯示了測試參數(shù)和結(jié)果。

　　表1、首爾半導(dǎo)體公司的AC LED AN3211和PolySwitch miniSMDC014F器件共同使用時的測試結(jié)果

　　過壓保護設(shè)計要素

　　AC LED已經(jīng)越來越多地用于室內(nèi)外的通用照明（GPI）系統(tǒng)應(yīng)用。因為交流電為其直接供電，閃電可能會引起交流線路的瞬間過壓。沒有強大的、可靠的電路保護，雷電浪涌或者振蕩波可能會損壞AC LED。由于電壓的變化可以產(chǎn)生不成比例的電流變化并影響光輸出，在這些交流線路電壓的波動中AC LED必須受到保護。

　　PolySwitch器件有助于在出現(xiàn)穩(wěn)態(tài)過載電流的操作時限制流過LED的電流，并在電壓出現(xiàn)波動實現(xiàn)保護。MOV常常在交流線路電壓應(yīng)用中用于抑制瞬態(tài)過壓和預(yù)防瞬態(tài)過壓帶來的損壞。

　　圖3和4顯示了首爾半導(dǎo)體公司AC LED AN3211器件和7mm 200V MOV共同使用時的測試結(jié)果。結(jié)果表明：MOV解決了雷電和振蕩波問題；同時，在雷電浪涌和振蕩波耐受測試中光輸出是非常穩(wěn)定的。這種方法有助于設(shè)備在特定的雷電浪涌測試（IEC 61000-4-5）和振蕩波沖擊測試后（IEEEC.62.41）能夠保持正常運作。

　　結(jié)論

　　盡管AC LED照明系統(tǒng)提供卓越的可靠性和設(shè)計優(yōu)點，但它們?nèi)匀恍枰獜姶蟮倪^流、過溫和過壓的保護以滿足各種安全和性能的標準。采用PolySwitch的過流/過溫保護器件與一個MOV器件配對可以降低設(shè)計風險，并提供了一個完全可復(fù)位和協(xié)調(diào)的電路保護解決方案。首爾半導(dǎo)體開發(fā)的新產(chǎn)品包含了TE電路保護部提供的過流、過壓和過熱保護的AC 2PRO?器件。這種混合器件在一個熱保護器件中結(jié)合了一個PPTC元件與一個MOV，并為設(shè)計師提供了單個器件集成化保護所帶來的設(shè)計靈活性和方便性。以后的文章將介紹AC 2Pro器件是如何與各種最新的AC LED一起工作的。

　　關(guān)于作者

　　Barry Brents是TE電路保護部的現(xiàn)場應(yīng)用工程師。他是IEEE會員，在美國德州理工大學（Texas Tech University）獲得電機工程學士學位， 自1991年以來一直就職于通信和電力行業(yè)。

　　David Neal是首爾半導(dǎo)體有限公司應(yīng)用經(jīng)理。他是IEEE、IES和ANSI的會員，在馬薩諸塞州大學達特茅斯分校（University of Massachusetts Dartmouth）獲得電機工程學士學位，并活躍在固態(tài)照明行業(yè)中超過五年。

　　Matt Williams是TE電路保護部全球應(yīng)用工程經(jīng)理，負責內(nèi)部和OEM客戶的應(yīng)用支持。他是IEEE會員，在鳳凰理工學院（Phoenix Institute of Technology）獲得電氣工程和電子通訊兩個理學學位。

　　2 Pro、PolySwitch、 TE Connectivity和 TE connectivity (標識)都是商標。