LED的保護(hù)技術(shù)詳解

白光LED由于有著很多優(yōu)點(diǎn)，正在越來(lái)越多的進(jìn)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(diǎn)。白光LED屬于電壓敏感型的器件。每支LED工作時(shí)電流不要超過(guò)20mA，超過(guò)太多LED就會(huì)很容易被燒毀。LED如果是正常使用，其壽命是非常長(zhǎng)的。但人們?cè)趯?shí)際使用中LED往往容易壞，道理何在呢？其實(shí)就是沒(méi)有考慮到LED的使用特點(diǎn)和對(duì)它加上保護(hù)電路。

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

　　LED在實(shí)際工作中是以20mA的電流為上限，但往往會(huì)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(hù)措施，這種增大的電流超過(guò)一定的時(shí)間和幅度后LED就會(huì)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(wèn)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(gè)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(gè)地方的電壓增高。

　　3、某個(gè)LED因?yàn)樽陨淼馁|(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(guò)高，使LED的特性變壞。

　　5、燈具內(nèi)部進(jìn)了水，水是導(dǎo)電的。

　　6、在裝配的時(shí)候沒(méi)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(huì)造成LED電流的明顯大幅上升，很快LED的芯片就會(huì)因?yàn)檫^(guò)熱而被燒毀。根據(jù)我們的經(jīng)驗(yàn)，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(gè)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(huì)更快的被燒毀，甚至危急電源。本來(lái)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(shí)候就不容易，要維修就更難。所以LED的保護(hù)是實(shí)際的需求，但目前沒(méi)有被大家重視，也是很多人無(wú)奈沒(méi)有辦法處理的難題。

　　三，怎么對(duì)LED來(lái)進(jìn)行保護(hù)

　　對(duì)LED的保護(hù)我們首先想到的是用保險(xiǎn)管，但保險(xiǎn)管是一次性的，而且反應(yīng)速度也太慢，既效果差實(shí)際使用也很麻煩，所以保險(xiǎn)管不適宜用于現(xiàn)在LED燈成品中，因?yàn)長(zhǎng)ED燈現(xiàn)在主要是在城市的光彩工程和亮化工 程。針對(duì)這種實(shí)際的需求，我們做了大量的實(shí)驗(yàn)，并根據(jù)工程的要求總結(jié)出了LED保護(hù)電路要有的特點(diǎn)，它很苛刻：在超出正常使用電流時(shí)能立即啟動(dòng)保護(hù)，讓LED的供電通路就被斷開(kāi)，使LED和電源都能得到保護(hù)，在整個(gè)燈正常后又能夠自動(dòng)恢復(fù)供電，不影響LED工作，關(guān)鍵是因?yàn)樗敲裼卯a(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(shí)現(xiàn)起來(lái)很困難。

　　首先應(yīng)該確定選用哪種保護(hù)電路和保護(hù)器件

　　1、我們可以選擇使用瞬態(tài)電壓抑制二極管(簡(jiǎn)稱(chēng)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(hù)器件。當(dāng)它的兩極受到反向瞬態(tài)高能量沖擊時(shí)，能以10的負(fù)12次方秒極短時(shí)間的速度，使自己兩極間的高阻立即降低為低阻，吸收高達(dá)數(shù)千瓦的浪涌功率，把兩極間的電壓箝位在一個(gè)預(yù)定的電壓值，有效的保護(hù)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(shí)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(wú)損壞極限、體積小等優(yōu)點(diǎn)。

但是在實(shí)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(guò)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(yàn)不好進(jìn)行。同時(shí)我們知道：LED光珠的損壞主要是因?yàn)殡娏鬟^(guò)大使芯片內(nèi)部過(guò)熱造成的。TVS只能探測(cè)過(guò)電壓不能探測(cè)過(guò)電流。過(guò)電壓肯定是過(guò)電流的原因，但是要選擇合適的電壓保護(hù)點(diǎn)很難掌握，這種器件就無(wú)法生產(chǎn)也就很難在實(shí)際中使用。

　　2、我們可以選擇自恢復(fù)保險(xiǎn)管。自恢復(fù)保險(xiǎn)管又稱(chēng)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(guò)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(guò)(或元件處于正常環(huán)境溫度)時(shí)，PTC自恢復(fù)保險(xiǎn)絲呈低阻狀態(tài)；當(dāng)電路中有異常過(guò)電流通過(guò)(或環(huán)境溫度升高)時(shí)，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(xiǎn)絲呈高阻狀態(tài)；當(dāng)電路中過(guò)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(xiǎn)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(xiǎn)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(guò)它的電流，從而起到了保護(hù)作用。它的體積小，成本低，可反復(fù)使用，實(shí)現(xiàn)了保護(hù)的自動(dòng)啟動(dòng)自動(dòng)退出；它是固態(tài)封裝耐沖擊不容易被損壞；我們?cè)趯?shí)際的測(cè)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(duì)已經(jīng)確定的燈具可以通過(guò)試驗(yàn)來(lái)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(shí)選擇：

　　1、分路保護(hù)。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(lái)組合成一支整燈。我們可以在每個(gè)支路的前面加一支PTC元件分別進(jìn)行保護(hù)。這種方式的好處是精確性高，保護(hù)的可靠性好。

　　2、總體保護(hù)。在所有光珠的前面加接一支PTC元件，對(duì)整燈進(jìn)行保護(hù)。這種方式的好處是簡(jiǎn)單，不占體積。我們一般是選用這種方式。就家用產(chǎn)品來(lái)說(shuō)，這種保護(hù)在實(shí)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(guò)很長(zhǎng)時(shí)間的實(shí)驗(yàn)才摸索出了較為準(zhǔn)確的對(duì)應(yīng)數(shù)值。

　　四、LED的靜電防護(hù)

　　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(chēng)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(chēng)為摩擦起電。有許多因素會(huì)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(huì)不斷積累，如果沒(méi)有泄放通道，這個(gè)數(shù)值最后會(huì)達(dá)到很高，直到造成電荷產(chǎn)生的作用停止、電荷被泄放或達(dá)到足夠的強(qiáng)度可以擊穿周?chē)镔|(zhì)介質(zhì)為止。電介質(zhì)被擊穿后，靜電電荷會(huì)很快得到平衡，這種電荷的快速中和就稱(chēng)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(huì)很大，可能超過(guò)20安培，如果這種放電通過(guò)靜電敏感元件進(jìn)行，這么大的電流將對(duì)設(shè)計(jì)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(hù)意識(shí)

　　在本世紀(jì)70前代以前，很多靜電問(wèn)題都是由于人們沒(méi)有靜電防護(hù)意識(shí)而造成的，即使現(xiàn)在也有很多人懷疑靜電放電會(huì)對(duì)電子產(chǎn)品造成損壞。這是因?yàn)榇蠖鄶?shù)靜電放電損害發(fā)生在人的感覺(jué)以下，因?yàn)槿梭w對(duì)靜電放電的感知電壓約為3KV，而許多電子元件在幾百伏甚至幾十伏時(shí)就會(huì)損壞，通常電子器件被靜電放電損壞后沒(méi)有明顯的界限，把元件安裝在設(shè)備上以后再檢測(cè)，結(jié)果出現(xiàn)很多問(wèn)題，分析也相當(dāng)困難。特別是潛在損壞，即使使用精密儀器也很難測(cè)量出其性能有明顯的變化。但近年實(shí)驗(yàn)證實(shí)，這種潛在損壞在一定時(shí)間以后，電子產(chǎn)品的可靠性明顯下降。靜電造成的損壞絕對(duì)是真真實(shí)實(shí)的。

　　靜電的基本物理特性為：吸引或排斥，與大地有電位差，會(huì)產(chǎn)生放電電流。這三種特性能對(duì)電子元件有三種影響：

　?、凫o電吸附灰塵，降低元件絕緣電阻(縮短壽命)。

　?、陟o電放電破壞，使元件受損不能工作(完全破壞)。

　?、垤o電放電電場(chǎng)或電流產(chǎn)生的熱，使元件受傷(潛在損傷)。

　　第③種情況較為普遍，也很難被及時(shí)發(fā)現(xiàn)。

　　3、靜電對(duì)電子產(chǎn)品損害有哪些特點(diǎn)

　　(1)隱蔽性

　　人體不能直接感知靜電除非發(fā)生靜電放電，但是發(fā)生靜電放電人體也不一定能有電擊的感覺(jué)，這是因?yàn)槿梭w感知的靜電放電電壓為2-3KV，所以靜電具有隱蔽性。

　　(2)潛在性

　　有些電子元器件受到靜電損傷后的性能沒(méi)有明顯的下降，但多次累加放電會(huì)給器件造成內(nèi)傷而形成隱患。因此靜電對(duì)器件的損傷具有潛在性。

　　(3)隨機(jī)性

　　靜電的產(chǎn)生也有隨機(jī)性。其損壞也具有隨機(jī)性。

　　(4)復(fù)雜性

　　靜電放電損傷的失效分析工作，因電子產(chǎn)品的精、細(xì)、微小的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)而費(fèi)時(shí)、費(fèi)事、費(fèi)錢(qián)，要求較高的技術(shù)并往往需要使用掃描電鏡等高精密儀器。即使如此，有些靜電損傷現(xiàn)象也難以與其他原因造成的損傷加以區(qū)別，使人誤把靜電損傷失效當(dāng)作其他失效。

　　這在對(duì)靜電放電損害未充分認(rèn)識(shí)之前，常常歸因于早期失效或情況不明的失效，從而不自覺(jué)地掩蓋了失效的真正原因。所以靜電對(duì)電子器件損傷的分析具有復(fù)雜性。

　　4、如何控制靜電放電

　　從前面的分析可知靜電是由于物體接觸分離，甚至沒(méi)有接觸的感應(yīng)等方式產(chǎn)生的，可以說(shuō)：在任何時(shí)間、任何地點(diǎn)都可能產(chǎn)生靜電。要完全消除靜電幾乎不可能的，但可以采取一些措施控制靜電不造成危害。

　　5、如何控制人體靜電(人體靜電防護(hù))

　　人體是最普遍存在的靜電危害源。對(duì)于靜電來(lái)說(shuō)，人體是導(dǎo)體，所以可以對(duì)人體采取接地的措施。

　　(1)。使用防靜電地面/防靜電鞋/襪(靜電從腳導(dǎo)到大地)

　　通過(guò)腳穿防靜電性地面、地墊、地毯，人員穿上防靜電鞋襪，形成組合接地。

　　(2)。佩戴防靜電腕帶并接地(靜電從手導(dǎo)到大地)

　　通過(guò)手用以泄放人體的靜電。它由防靜電松緊帶、活動(dòng)按扣、彈簧軟線。保護(hù)電阻及插頭或夾頭組成。松緊帶的內(nèi)層用防靜電紗線編織，外層用普通紗線編織。

　　僅從防靜電的角度考慮時(shí)，人體總的對(duì)地電阻越小越好，但最小值受到安全方面的限制，人體必須具有一定值的對(duì)地電阻，以便萬(wàn)一發(fā)生金屬設(shè)備或裝置與工頻電源短接的情況下該電阻能夠限制流過(guò)操作的人體上的電流。最小值不應(yīng)小于105Ω，最大不超過(guò)109Ω。

　　7、防靜電鞋與腕帶的使用中要注意哪些問(wèn)題

　　1、使用腕帶操作時(shí)不允許斷開(kāi)，否則會(huì)失去接地作用。各種腕帶使用的主要問(wèn)題是開(kāi)路，有時(shí)是臨時(shí)性的，有時(shí)是長(zhǎng)時(shí)間斷開(kāi)，使失去接地作用。

　　2、腕帶扣得不緊造成人體皮膚與腕帶的接觸電阻變大

　　3、有些腕帶的電阻就是帶子本身的，當(dāng)帶觸及地時(shí)使其電阻大大減小，有可能因此造成對(duì)人體電擊的危險(xiǎn)。

　　4、有些自稱(chēng)是無(wú)線的腕帶，其效果遠(yuǎn)不如有線的好。

　　5、防靜電鞋在穿用時(shí)應(yīng)有防靜電襪/鞋墊，并在防靜電地面上工作才能使人體所帶的靜電導(dǎo)到大地，任何一部分電阻過(guò)大或斷開(kāi)都會(huì)使人體帶上危害的靜電。所以在重要的部門(mén)應(yīng)有人體電阻測(cè)試儀隨時(shí)檢測(cè)人體所穿的鞋/襪/鞋墊及與人體的總電阻是否能起到泄漏靜電的要求。

　　6、腕帶應(yīng)用專(zhuān)門(mén)的帶插座的接地線與地連結(jié)，不能夾在桌面或桌邊的金屬體上，因?yàn)檫@些金屬體對(duì)地的電阻可能很大。

　　7、要經(jīng)常檢查腕帶的電阻

　　五、LED生產(chǎn)車(chē)間的靜電防護(hù)

　　車(chē)間工作區(qū)所使用的防靜電產(chǎn)品等器具，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后，電阻就有可能大于109，為了達(dá)到防靜電的目的，建議，主要?jiǎng)?chuàng)造以下四個(gè)方面的基本條件，一是確保人體防護(hù)措施的落實(shí);二是確保車(chē)間生產(chǎn)設(shè)備的靜電防護(hù);三是努力使生產(chǎn)車(chē)間和周?chē)h(huán)境達(dá)到防靜電要求;四是完善制度，制定操作規(guī)范，建立起嚴(yán)格的內(nèi)審檢查制度，確保該體系得以實(shí)施，注重對(duì)員工靜電意識(shí)的培訓(xùn);制定靜電防護(hù)用品的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，保證防護(hù)用品的質(zhì)量。

　　在測(cè)控手段方面，對(duì)工作區(qū)增添溫度和濕度監(jiān)測(cè)，每天記錄溫濕度;每月測(cè)量靜電壓;員工防靜衣、帽每洗一次后檢測(cè)一次表面電阻和摩擦電壓;防靜電臺(tái)墊等每年檢測(cè)一次表面電阻。車(chē)間門(mén)口設(shè)置人體綜合阻值測(cè)試儀;每月一次離子風(fēng)機(jī)的平衡電壓和靜電消散時(shí)間。生產(chǎn)過(guò)程中請(qǐng)注意采取適當(dāng)?shù)姆婪洞胧?，以下僅供參考：

　　必須能防止靜電產(chǎn)生：組裝人員操作時(shí)需穿戴防靜電服裝 (如防靜電衣服、帽子、鞋子、指套或手套等)必須能迅速將其表面或內(nèi)部的靜電散逸：組裝操作人員需配戴防靜電手腕帶。(腕帶必須連通接地系統(tǒng))能提供屏蔽保護(hù)受靜電突然放電或電場(chǎng)沖擊：

　　①組裝臺(tái)(工作臺(tái))需使用防靜電臺(tái)墊，且接地。

　?、谑⒀bLED需使用防靜電元件盒。

　?、劾予F、切腳機(jī)、錫爐(或自動(dòng)回流焊設(shè)備)均需接地。

　　作業(yè)過(guò)程中，盡可能避免直接觸摸發(fā)光管之管腳，取放時(shí)盡可能觸拿膠體部分。接地措施應(yīng)完全防止靜電產(chǎn)生，工作臺(tái)、烙鐵、切腳機(jī)、錫爐(或自動(dòng)回流焊設(shè)備)之接地，必須用粗的鐵線引入泥土內(nèi)，，在鐵線未端系上大鐵塊，埋入地表1米以下，各接地線均需與主線連接在一起，操作人員配戴的靜電環(huán)若有引出線的，亦需將引出線接通埋地線上。半成品、成品檢測(cè)設(shè)備亦需接地。

　　LED包裝袋及半成品包裝材料要使用防靜電海棉或包裝。