詳解LED的保護技術(shù)

一，為什么要對LED 進行保護

白光LED由于有著很多優(yōu)點，正在越來越多的進入人們的日常生活之中，它的使用量現(xiàn)在變得非常的巨大。它是新器件，有其自身使用上的特點。白光LED屬于電壓敏感型的器件。每支LED工作時電流不要超過20mA，超過太多LED就會很容易被燒毀。LED如果是正常使用，其壽命是非常長的。但人們在實際使用中LED往往容易壞，道理何在呢？其實就是沒有考慮到LED的使用特點和對它加上保護電路。

　　LED是光電半導(dǎo)體器件，在裝配過程中容易被靜電擊傷。這就需要在裝配過程中進行靜電防護。我們發(fā)現(xiàn)很多生產(chǎn)廠家的人沒有這個概念或根本不懂，這是不行的。

　　LED在實際工作中是以20mA的電流為上限，但往往會由于在使用中的各種原因而造成電流增大，如果不采取保護措施，這種增大的電流超過一定的時間和幅度后LED就會損壞。

　　二，造成LED損壞的原因

　　1、供電電壓的突然升高。讓供電電源 電壓突然升高的原因就很多了，例如電源的質(zhì)量問題，或者用戶的不當(dāng)使用等等原因都可能讓供電的電源電壓突然升高。

　　2、線路中某個元件或印制線條或其它導(dǎo)線的短路而形成LED供電通路的局部短路，使這個地方的電壓增高。

　　3、某個LED因為自身的質(zhì)量原因損壞因而形成短路，它原有的電壓降就轉(zhuǎn)嫁到其它LED上。

　　4、燈具 內(nèi)的溫度過高，使LED的特性變壞。

　　5、燈具內(nèi)部進了水，水是導(dǎo)電的。

　　6、在裝配的時候沒有做好防靜電的工作，使LED的內(nèi)部已經(jīng)被靜電所傷害。盡管施加的是正常電壓和電流值，也是極易造成LED的損壞。

　　這些原因都會造成LED電流的明顯大幅上升，很快LED的芯片就會因為過熱而被燒毀。根據(jù)我們的經(jīng)驗，LED燒毀后多數(shù)是兩極短路，少部分是斷路。每支LED約有3.2V左右的壓降，它燒毀后若是斷路這串LED就不發(fā)光了。若是短路這個電壓就轉(zhuǎn)給了其它的LED，造成其它LED的更大電流，其它LED就會更快的被燒毀，甚至危急電源。本來是小損壞就極容易的造成大事故。LED一般安裝在高處，安裝的時候就不容易，要維修就更難。所以LED的保護是實際的需求，但目前沒有被大家重視，也是很多人無奈沒有辦法處理的難題。

　　三，怎么對LED來進行保護

　　對LED的保護我們首先想到的是用保險管，但保險管是一次性的，而且反應(yīng)速度也太慢，既效果差實際使用也很麻煩，所以保險管不適宜用于現(xiàn)在LED燈成品中，因為LED燈現(xiàn)在主要是在城市的光彩工程和亮化工 程。針對這種實際的需求，我們做了大量的實驗，并根據(jù)工程的要求總結(jié)出了LED保護電路要有的特點，它很苛刻：在超出正常使用電流時能立即啟動保護，讓LED的供電通路就被斷開，使LED和電源都能得到保護，在整個燈正常后又能夠自動恢復(fù)供電，不影響LED工作，關(guān)鍵是因為它是民用產(chǎn)品，所加的電路不能太復(fù)雜體積不能太大，成本要低。

　　這些要求都是互相矛盾，互相制約的，實現(xiàn)起來很困難。

　　首先應(yīng)該確定選用哪種保護電路和保護器件

　　1、我們可以選擇使用瞬態(tài)電壓抑制二極管(簡稱TVS)。瞬態(tài)電壓抑制二極管是一種二極管形式的高效能保護器件。當(dāng)它的兩極受到反向瞬態(tài)高能量沖擊時，能以10的負(fù)12次方秒極短時間的速度，使自己兩極間的高阻立即降低為低阻，吸收高達數(shù)千瓦的浪涌功率，把兩極間的電壓箝位在一個預(yù)定的電壓值，有效的保護了電子 線路中的精密元器件。瞬態(tài)電壓抑制二極管具有響應(yīng)時間快、瞬態(tài)功率大、漏電流低、擊穿電壓偏差一致性好、箝位電壓較易控制、無損壞極限、體積小等優(yōu)點。

　　但是在實際使用中發(fā)現(xiàn)不是很理想。首先是要尋找滿足要求電壓值的TVS器件很不容易。TVS器件主要應(yīng)用于防雷和避雷，以及220V以上的過電壓吸收等，而LED燈的供電電壓一般是24V或12V，這種電壓值的TVS成品很少，試驗不好進行。同時我們知道：LED光珠的損壞主要是因為電流過大使芯片內(nèi)部過熱造成的。TVS只能探測過電壓不能探測過電流。過電壓肯定是過電流的原因，但是要選擇合適的電壓保護點很難掌握，這種器件就無法生產(chǎn)也就很難在實際中使用。

　　2、我們可以選擇自恢復(fù)保險管。自恢復(fù)保險管又稱為高分子聚合物正溫度熱敏電阻PTC，是由聚合物與導(dǎo)電粒子等構(gòu)成。在經(jīng)過特殊加工后，導(dǎo)電粒子在聚合物中構(gòu)成鏈狀導(dǎo)電通路。當(dāng)正常工作電流通過(或元件處于正常環(huán)境溫度)時，PTC自恢復(fù)保險絲呈低阻狀態(tài)；當(dāng)電路中有異常過電流通過(或環(huán)境溫度升高)時，大電流(或環(huán)境溫度升高)所產(chǎn)生的熱量使聚合物迅速膨脹，也就切斷了導(dǎo)電粒子所構(gòu)成的導(dǎo)電通路，PTC自恢復(fù)保險絲呈高阻狀態(tài)；當(dāng)電路中過電流(超溫狀態(tài))消失后，聚合物冷卻，體積恢復(fù)正常，其中導(dǎo)電粒子又重新構(gòu)成導(dǎo)電通路，PTC自恢復(fù)保險絲又呈初始的低阻狀態(tài)。

在正常工作狀態(tài)自恢復(fù)保險管的發(fā)熱很小，在異常工作狀態(tài)它的發(fā)熱很高阻值就很大，也就限制了通過它的電流，從而起到了保護作用。它的體積小，成本低，可反復(fù)使用，實現(xiàn)了保護的自動啟動自動退出；它是固態(tài)封裝耐沖擊不容易被損壞；我們在實際的測試中發(fā)現(xiàn)：由于它是熱敏感器件，受溫度的影響很大，由于PTC封裝在燈具的內(nèi)部，光珠肯定要發(fā)熱就要影響PTC的工作性能。對已經(jīng)確定的燈具可以通過試驗來選擇PTC，比較可靠的使用方法是讓它遠(yuǎn)離發(fā)熱的燈珠。

　　在具體的電路中，有兩種方式可供使用時選擇：

　　1、分路保護。一般LED燈是分成很多串接支路。比如24V電壓，我們都是用7支LED光珠相串接再加一支電阻構(gòu)成，電流一般為17~19mA，根據(jù)需要我們可以選擇7的整數(shù)倍光珠來組合成一支整燈。我們可以在每個支路的前面加一支PTC元件分別進行保護。這種方式的好處是精確性高，保護的可靠性好。

　　2、總體保護。在所有光珠的前面加接一支PTC元件，對整燈進行保護。這種方式的好處是簡單，不占體積。我們一般是選用這種方式。就家用產(chǎn)品來說，這種保護在實際使用中的結(jié)果還是令人滿意的。

　　PTC的選用很講究，我們都是通過很長時間的實驗才摸索出了較為準(zhǔn)確的對應(yīng)數(shù)值。

　　四、LED的靜電防護

　　所有的物質(zhì)都由原子構(gòu)成，原子中有電子和質(zhì)子。

　　當(dāng)物質(zhì)獲得或失去電子，它將變成帶負(fù)電或正電，這些電荷在材料表面上積累我們就稱之物體帶上了靜電。電荷積累通常因材料互相接觸分離而產(chǎn)生，也可由摩擦引起，稱為摩擦起電。有許多因素會影響電荷的積累，包括接觸壓力、摩擦系數(shù)和分離速度等等。靜電電荷會不斷積累，如果沒有泄放通道，這個數(shù)值最后會達到很高，直到造成電荷產(chǎn)生的作用停止、電荷被泄放或達到足夠的強度可以擊穿周圍物質(zhì)介質(zhì)為止。電介質(zhì)被擊穿后，靜電電荷會很快得到平衡，這種電荷的快速中和就稱為靜電放電。由于在很小的電阻上快速泄放電壓，泄放電流會很大，可能超過20安培，如果這種放電通過靜電敏感元件進行，這么大的電流將對設(shè)計為僅導(dǎo)通電壓是3V多和電流是20mA的LED造成嚴(yán)重傷害。

　　1、為什么要提高靜電的防護意識

　　在本世紀(jì)70前代以前，很多靜電問題都是由于人們沒有靜電防護意識而造成的，即使現(xiàn)在也有很多人懷疑靜電放電會對電子產(chǎn)品造成損壞。這是因為大多數(shù)靜電放電損害發(fā)生在人的感覺以下，因為人體對靜電放電